淺析鋰電池老化制度對電池性能的影響.doc

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1、淺析鋰電池老化制度對電池性能的影響淺析鋰電池老化制度對電池性能的影響淺析鋰電池老化制度對電池性能的影響淺析鋰電池老化制度對電池性能的影響淺析鋰電池老化制度對電池性能的影響  對于不同的電池體系,三元正極/石墨負(fù)極鋰電池、磷酸鐵鋰正極/石墨負(fù)極鋰電池抑或是鈦酸鋰負(fù)極電池,需要根據(jù)材料特性及鋰電池特性進(jìn)行針對性試驗(yàn)?! ′囯姵氐纳a(chǎn)工藝可以分為前道極片制造、中道電芯封裝、后道電池活化三個階段,電池活化階段的目的是讓電池中的活物質(zhì)和電解液經(jīng)過充分活化以達(dá)到電化學(xué)性能穩(wěn)定。活化階段包括預(yù)充電、化成、老化、定容等階段

2、。預(yù)充電和化成的目的是為了讓正負(fù)極材料進(jìn)行最初幾次的充放電來激活材料,使材料處于最佳的使用狀態(tài)。老化的目的主要有幾個:一是讓電解液的浸潤更加良好,有利于電池性能的穩(wěn)定;二是正負(fù)極材料中的活性物質(zhì)經(jīng)過老化后,可以促使一些副作用的加快進(jìn)行,例如產(chǎn)氣、電解液分解等,讓鋰電池的電化學(xué)性能快速達(dá)到穩(wěn)定;三是通過老化一段時間后進(jìn)行鋰電池一致性篩選?;芍箅娦镜碾妷翰环€(wěn)定,其測量值會偏離實(shí)際值,老化后的電芯電壓、內(nèi)阻更為穩(wěn)定,便于篩選一致性高的電池。  老化制度對鋰電池性能的影響因素主要有兩個,即老化溫度和老化時間。除

3、此之外,還有老化時電池處于封口還是開口的狀態(tài)也比較重要。對于開口化成來說,如果廠房可以控制好濕度可以老化后再封口。如果采用高溫老化,封口后老化比較好。對于不同的電池體系,三元正極/石墨負(fù)極鋰電池、磷酸鐵鋰正極/石墨負(fù)極鋰電池抑或是鈦酸鋰負(fù)極電池,需要根據(jù)材料特性及鋰電池特性進(jìn)行針對性試驗(yàn)。在試驗(yàn)設(shè)計中,可以通過鋰電池的容量差別、內(nèi)阻差別、壓降特點(diǎn)來確定最佳的老化制度?! ∫?、三元或磷酸鐵鋰正極/石墨負(fù)極鋰電池  對于三元作為正極材料,石墨作為負(fù)極材料的鋰電池來說,鋰離子電池的預(yù)充化成階段會在石墨負(fù)極的表面形

4、成一層固態(tài)電解質(zhì)膜(SEI),此種膜的形成電位約在0.8V左右,SEI允許離子穿透而不允許電子通過,由此在形成一定厚度后會抑制電解液的進(jìn)一步分解,可以起到防止電解液分解引起的電池性能下降。但是化成后形成的SEI膜結(jié)構(gòu)緊密且孔隙小,將電池再進(jìn)行老化,將有助于SEI結(jié)構(gòu)重組,形成寬松多孔的膜,以此提高鋰電池的性能。三元/石墨鋰電池的老化一般選擇常溫老化7天-28天時間,但是也有的廠采用高溫老化制度,老化時間為1-3天,所謂的高溫一般是38℃-50℃之間。高溫老化只是為了縮短整個生產(chǎn)周期,其目的和常溫老化一樣,都

5、是讓正負(fù)極、隔膜、電解液等充分進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡,讓鋰電池達(dá)到更穩(wěn)定的狀態(tài)?! 《?、鈦酸鋰負(fù)極鋰電池  俗稱的鈦酸鋰電池是負(fù)極采用了鈦酸鋰的電池,正極材料主要還是三元、鈷酸鋰等材料。鈦酸鋰電池與石墨負(fù)極電池的不同之處是鈦酸鋰的嵌鋰電位是1.55V(相對于鋰金屬),高于SEI形成的0.8V,所以充放電過程中不會形成固態(tài)電解質(zhì)膜(SEI)也不會形成枝晶鋰,從而具有更高的安全性。這就意味著鈦酸鋰充電過程中,不斷的有電子與電解液發(fā)生反應(yīng),生成副產(chǎn)物及產(chǎn)生氫氣、CO、CH4、C2H4等氣體,會導(dǎo)致電池的鼓包。鈦酸鋰

6、的鼓包問題主要得依靠材料性質(zhì)的改變來緩解,例如材料表面包覆、改變粒徑分布,找到合適的電解液等。此外,通過優(yōu)化預(yù)充、化成、老化的制度也可以適當(dāng)減輕鈦酸鋰鼓包現(xiàn)象。鈦酸鋰電池的老化制度一般首選高溫老化制度,老化溫度采用40℃-55℃,老化時間一般是1-3天,老化之后需要進(jìn)行負(fù)壓排氣。進(jìn)行多次高溫老化,使電池內(nèi)部水分充分反應(yīng),將氣體排出后可以有效抑制鈦酸鋰電池的脹氣問題,提高其循環(huán)壽命?! o論對于哪種體系的電池,老化是必不可少的一道工序。鋰電池的老化雖然理解起來是對鋰電池的損耗和破壞,但是事實(shí)上卻是篩選一致性高

7、的電池,剔除不良品的有效途徑。只有通過老化的方式,才能選出適宜進(jìn)行組包的鋰電池,提高電動工具的使用壽命。  磷酸鐵鋰材料在電池加工中的常見問題分析  磷酸鐵鋰因鋰離子的擴(kuò)散系數(shù)低,導(dǎo)電性上較差,所以當(dāng)下做法是將其顆粒做小,甚至是做成納米級數(shù),通過縮短LI+和電子的遷移路徑,來提升其充放電速度(理論上,遷移時間和遷移路徑平方成反比)。但由此給電池加工帶來一系列的難題?! ∈紫扔龅降氖遣牧戏稚栴}  制漿是電池生產(chǎn)過程中最為關(guān)鍵的工序之一,其核心任務(wù)就是把活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等物料均勻的混合,使得材料性能能

8、夠更好的發(fā)揮。要混勻,先要能分散。顆粒減小,相應(yīng)的比表面也就增大,表面能也就增大,顆粒間發(fā)生聚合的趨勢就增強(qiáng)??朔砻婺芊稚⑺枰哪芰恳簿驮酱蟆,F(xiàn)在普遍用的是機(jī)械攪拌,機(jī)械攪拌能量分布是不均勻的,只有在一定的區(qū)域內(nèi),剪切強(qiáng)度足夠大,能量足夠高,才能把聚合的顆粒分開。要提升分散能力,一個是在攪拌設(shè)備的結(jié)構(gòu)上優(yōu)化,不改變最大剪切速度的情況下提高有效分散區(qū)域的空間比例;一個是提高攪拌功率(提高攪拌速度),提升剪切速度

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