鉅大LARGE | 點擊量：2927次 | 2021年04月06日
詳解磷酸鐵鋰系電池的化成工藝對其性能影響
化成是鋰離子電池生產(chǎn)過程中的重要工序，化成時在負(fù)極表面形成一層鈍化層，即固體電解質(zhì)界面膜(SEI膜)，SEI膜的好壞自接影響到電池的循環(huán)壽命、穩(wěn)定性、自放電性、安全性等電化學(xué)性能，滿足二次電池密封免維護(hù)的要求，而不同的化成工藝形成的SEI膜有所不同，對電池的性能影響也存在很大差異。
傳統(tǒng)的小電流預(yù)充方式有助于穩(wěn)定的SEI膜形成，但是長時間的小電流充電會導(dǎo)致形成的SEI膜阻抗增大，從而影響鋰離子電池的倍率放電性能，過程時間長影響生產(chǎn)效率。不同的鋰離子電池體系有不同的化成工藝，本文對磷酸鐵鋰離子電池體系為對象進(jìn)行分析。
磷酸鐵鋰體系的化成工藝通常選擇如下：
充電電流0.05C~0.2C，截止電壓3.6~3.7V，充電截止電流0.025C~0.05C，靜置一段時間（10-20min）后，0.1~0.2C放電至2.5V，靜置一段時間（20-60min）。在不同的充放電機(jī)制下，充電電流的不同影響SEI的形成及質(zhì)量，靜置時間和充電截止電流影響電池的化成工藝時間。
磷酸鐵鋰體系的電池化成工藝要選擇合適的截止電壓，從材料晶體結(jié)構(gòu)上來說，當(dāng)充電電壓大于3.7V時，可能會使磷酸鐵鋰的晶格結(jié)構(gòu)造成破壞，從而影響電池的循環(huán)性能。部分內(nèi)阻實驗、極片SEM觀察結(jié)果也證明以下結(jié)論的正確：
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
1.適當(dāng)降低化成電壓、減少化成時間可以有效減少負(fù)極表面析鋰的出現(xiàn)，從而可以得到表面較為光滑的負(fù)極極片。這是因為當(dāng)化成電壓高時，電池內(nèi)部產(chǎn)氣速率較快，以至于電池內(nèi)部氣體無法及時排出，在隔膜表面沉積，影響了隔膜與負(fù)極的接觸平衡。在鋰離子脫嵌過程中，受到兩者接觸不平衡的影響，造成部分區(qū)域鋰離子過度嵌入，引起負(fù)極表面不光滑，最后影響電池性能。
2.經(jīng)化成后的電池內(nèi)阻測試，發(fā)現(xiàn)適當(dāng)降低化成電壓、減少化成時間可以降低電池的內(nèi)阻。高化成電壓造成的高內(nèi)阻也與負(fù)極表面不光滑，有白斑形成有關(guān)，因為白斑是鋰化合物，導(dǎo)電性差故電池內(nèi)阻偏大。
3.化成工藝設(shè)計中適當(dāng)降低化成電壓可以提高電池首次充放電容量和改善電池的循環(huán)性能。過高的化成電壓易造成負(fù)極表面沉積鋰及其化合物，提高了電池的不可逆容量，必然會影響電池的容量，由于鋰及其化合物的存在，導(dǎo)致在充放電循環(huán)中電池的容量衰減越來越快，影響電池循環(huán)壽命。針對磷酸鐵鋰離子電池包，存能電氣行業(yè)專家對它低溫特性影響因素做了比較詳細(xì)的研究，原因如下：
1、生產(chǎn)環(huán)境：磷酸鐵鋰離子電池包做為一個化工原料眾多、工藝繁雜的高科技產(chǎn)品，其生產(chǎn)環(huán)境對溫度、濕度、粉塵等都有很高的要求，假如沒有控制到位，電池品質(zhì)將出現(xiàn)波動。
2、導(dǎo)電性差、鋰離子擴(kuò)散速度慢。高倍率充放電時，實際比容量低，這個問題是制約磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個難點。磷酸鐵鋰之所以這么晚還沒有大范圍的應(yīng)用，這是一個重要的問題。
3、材料方面的影響，磷酸鐵鋰正極本身電子導(dǎo)電性比較差，另外比較容易出現(xiàn)極化，降低容量的發(fā)揮;負(fù)極這塊重要是低溫充電，因為它會影響到安全性問題;電解液這一塊，可能低溫下黏度會增大，鋰離子遷移阻抗會增大;第四個就是粘結(jié)劑，現(xiàn)這個對電池的低溫性能影響也是比較大的。
