縮短鋰離子電池化成時間的方法

在鋰離子電池生產(chǎn)制造過程中，電池的化成工序是電池制造的重要環(huán)節(jié)，通常我們需要3-7天完成鋰離子電池的浸潤和化成，同時為了剔除漏電流過大的鋰離子電池，在完成化成后還需要進(jìn)行2周左右的老化，這一過程占成本很高一部分，同時要占據(jù)約28%的生產(chǎn)場地。因此縮短鋰離子電池化成時間將是節(jié)約電池制造成本的一個有效辦法，那么具體怎么辦呢？

縮短鋰離子電池化成時間是在不影響電池原有性能的前提下，盡可能提升鋰離子電池的循環(huán)性能進(jìn)行的。通常需要從兩個方面進(jìn)行著手：

 1、電解液的浸潤

電解液與活性物質(zhì)充分接觸是鋰離子電池電極表面形成均勻、致密的SEI膜的基本要求。溫度對化學(xué)物質(zhì)的活性有一定的積極影響，因此溫度提高到40-60℃可以有效降低電解液與活性物質(zhì)的接觸角，促進(jìn)電解液進(jìn)入到電極的內(nèi)部的微孔之中，提升電解液的浸潤效果。為了保證鋰離子電池的浸潤效果和減少浸潤過程中的銅箔腐蝕現(xiàn)象，除了設(shè)計多步的浸潤工藝外，還會在注液后對電池進(jìn)行預(yù)充電，以降低負(fù)極的電勢，減少負(fù)極銅箔溶解的風(fēng)險。

2、鋰離子電池的化成

電池化成的過程實際上是對鋰離子電池首次充電的過程，為了保證在負(fù)極表面形成均勻、致密的SEI膜，通?；蛇^程會采用非常小的電流對電池進(jìn)行充電，以降低界面膜的成膜速度，從而使得形成的界面膜更加致密。

在完成了浸潤和化成后，為了將漏電電流較大的電池剔除，通常還需要對電池進(jìn)行1-2周的老化篩選。在電池剛剛化成結(jié)束時鋰離子電池內(nèi)部的漏電電流通常在20-50uA/cm2，在經(jīng)過幾個小時的穩(wěn)定后漏電流會下降到2-5uA/cm2，在經(jīng)過數(shù)周后電池內(nèi)部的漏電流會下降到1uA/cm2以下。但是部分鋰離子電池因為制造缺陷和電解液雜質(zhì)等因素導(dǎo)致漏電流會持續(xù)較高，一旦進(jìn)入組合之中會造成單體電池之間的電壓偏差過大，影響電池組的性能，為了保證組電池的一致性，需要通過篩選將這部分電池進(jìn)行剔除。

為了壓縮化成時間，在首先以較大的電流（1C）將鋰離子電池充電到3.9V，然后以C/5倍率在3.9-4.2V的范圍內(nèi)對鋰離子電池進(jìn)行充放電循環(huán)，最后將電池放電到3.0V，相比于以0.05C倍率進(jìn)行3次循環(huán)，該制度下電池的化成時間僅需要14h，化成速度提高8.5倍。這樣雖然大幅壓縮了化成時間，但是卻導(dǎo)致電池的容量發(fā)揮有所降低，快速化度使得電池的容量降低了13%，而如果我們將低電壓范圍內(nèi)快速充電的電流降低到0.2C或0.33C，則電池正極的比容量會比0.05C化成下降12mAh/g（7%）。

一些先進(jìn)的電池技術(shù)，例如原子層沉積技術(shù)（ALD），使得進(jìn)一步的壓縮浸潤和化成時間成為可能，研究表明通過在正負(fù)極材料表面增加原子層沉積層能夠?qū)⒒蓵r間進(jìn)一步壓縮到10h以內(nèi)，甚至可以直接采用原子層沉積技術(shù)直接在正負(fù)極表明生成SEI膜，取代傳統(tǒng)意義上的SEI膜，從而進(jìn)一步減少化成所需要的時間。

研究表明通過負(fù)極高電勢階段采用較大電流，在較低電勢下采用較小電流進(jìn)行化成，可以有效的壓縮化成時間，該方法在化成階段能夠部分的形成SEI膜，在鋰離子電池使用過程中最終完成SEI膜的構(gòu)建，對最終鋰離子電池的循環(huán)性能沒有顯著的影響。