鐵鋰電池化成工藝對(duì)電池的性能影響
來(lái)源:存能電氣 日期:2019-04-28 16:43 瀏覽量:次
鐵鋰電池化成工藝對(duì)電池的性能影響。對(duì)于磷酸鐵鋰電池的化成,由于磷酸鐵鋰本征導(dǎo)電率較低,活化相對(duì)困難。因此應(yīng)該考慮在化成前,電解液充分的浸潤(rùn)電極,常溫?cái)R置7個(gè)小時(shí)以上,高溫(50-60)老化2個(gè)小時(shí)以上?;蓵r(shí)最好考慮小電流高電壓化成。
鐵鋰電池化成工藝對(duì)電池的性能影響
化成是鐵鋰電池生產(chǎn)過(guò)程中的重要工序,化成時(shí)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(mǎn)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(duì)鋰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(zhǎng)時(shí)間的小電流充電會(huì)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(guò)程時(shí)間長(zhǎng)影響生產(chǎn)效率。
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(shí)間后,0.1~0.2C放電至2.5V,靜置一段時(shí)間。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(shí)間和充電截止電流影響電池的化成工藝時(shí)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(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō),當(dāng)充電電壓大于3.7V時(shí),可能會(huì)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(shí)驗(yàn)、極片SEM觀察結(jié)果也證明以下結(jié)論的正確:
1.適當(dāng)降低化成電壓、減少化成時(shí)間可以有效減少負(fù)極表面析鋰的產(chǎn)生,從而可以得到表面較為光滑的負(fù)極極片。這是因?yàn)楫?dāng)化成電壓高時(shí),電池內(nèi)部產(chǎn)氣速率較快,以至于電池內(nèi)部氣體無(wú)法及時(shí)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(guò)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(guò)度嵌入,引起負(fù)極表面不光滑,最后影響電池性能。
2.經(jīng)化成后的鐵鋰電池內(nèi)阻測(cè)試,發(fā)現(xiàn)適當(dāng)降低化成電壓、減少化成時(shí)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?yàn)榘装呤卿嚮衔?,?dǎo)電性差故電池內(nèi)阻偏大。
3.化成工藝設(shè)計(jì)中適當(dāng)降低化成電壓可以提高鋰電池首次充放電容量和改善電池的循環(huán)性能。過(guò)高的化成電壓易造成負(fù)極表面沉積鋰及其化合物,提高了鋰電池的不可逆容量,必然會(huì)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(lái)越快,影響電池循環(huán)壽命。
磷酸鐵鋰電池化成建議
1)正極的放電克容量
2)電池的首次充放電效率
3)電池電壓平臺(tái)
4)鋰電池的恒流恒壓充電比例
5)鋰電池的充放電電壓平臺(tái)的差值
6)0.2c和0.5c的容量的關(guān)系
鋰電池化成過(guò)程的步驟
鋰電池化成過(guò)程中SEI膜的形成過(guò)程,具體而言包括如下四個(gè)步驟:
步驟①:電子由集流體-導(dǎo)電劑-石墨顆粒內(nèi)部傳遞到待形成SEI膜的A點(diǎn);
步驟②:溶劑化的鋰離子在溶劑的包裹下,從正極擴(kuò)散至正在生成的SEI膜表層的B點(diǎn);
步驟③:A點(diǎn)的電子通過(guò)電子隧道效應(yīng)擴(kuò)散至B點(diǎn);
步驟④:躍遷至B點(diǎn)的電子與鋰鹽、溶劑化鋰離子、成膜劑等反應(yīng),在原有SEI膜表層繼續(xù)生成SEI膜,從而使得石墨顆粒表層SEI膜厚度不斷增加,最終形成完整的SEI膜。
由此可見(jiàn),SEI形成的整體反應(yīng)過(guò)程,可具體分解為上述四個(gè)分步反應(yīng)來(lái)描述,四個(gè)分步反應(yīng)過(guò)程,即決定了整個(gè)SEI膜的成膜過(guò)程。
鐵鋰電池的化成就是對(duì)電池第一次充電,讓電池內(nèi)的活性物質(zhì)激活,同時(shí)在陽(yáng)極表面生成一種致密的膜,借以保護(hù)整個(gè)化學(xué)界面?;捎纸谢罨?,為電鋰池制造后,通過(guò)一定的充放電方式將其內(nèi)部正負(fù)極物質(zhì)激活,改善電池綜合性能的過(guò)程?;墒且粋€(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程,同時(shí)也是影響鋰電池性能很重要的一道工序。
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