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      磷酸鐵鋰系電池的化成工藝對其性能影響

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         化成是鋰電池生產過程中的重要工序,化成時在負極表面形成一層鈍化層,即固體電解質界面膜(SEI膜),SEI膜的好壞自接影響到電池的循環壽命、穩定性、自放電性、安全性等電化學性能,滿足二次電池密封“免維護”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。

        傳統的小電流預充方式有助于穩定的SEI膜形成,但是長時間的小電流充電會導致形成的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效率。不同的鋰電池體系有不同的化成工藝,本文對磷酸鐵鋰電池體系為對象進行分析。

       

        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)。在不同的充放電機制下,充電電流的不同影響SEI的形成及質量,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需要選擇合適的截止電壓,從材料晶體結構上來說,當充電電壓大于3.7V時,可能會使磷酸鐵鋰的晶格結構造成破壞,從而影響電池的循環性能。部分內阻實驗、極片SEM觀察結果也證明以下結論的正確:

      1.適當降低化成電壓、減少化成時間可以有效減少負極表面析鋰的產生,從而可以得到表面較為光滑的負極極片。這是因為當化成電壓高時,電池內部產氣速率較快,以至于電池內部氣體無法及時排出,在隔膜表面沉積,影響了隔膜與負極的接觸平衡。在鋰離子脫嵌過程中,受到兩者接觸不平衡的影響,造成部分區域鋰離子過度嵌入,引起負極表面不光滑,最后影響電池性能。

      2.經化成后的電池內阻測試,發現適當降低化成電壓、減少化成時間可以降低電池的內阻。高化成電壓造成的高內阻也與負極表面不光滑,有白斑形成有關,因為白斑是鋰化合物,導電性差故電池內阻偏大。

      3.化成工藝設計中適當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性能。過高的化成電壓易造成負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,導致在充放電循環中電池的容量衰減越來越快,影響電池循環壽命。

                                                                                                                            


                                                                                                                          

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