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磷酸铁锂系电池的化成工艺对其性能影响

2017-10-13 12:01 (中国银网)
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  化成是电池生产过程中的重要工序,化成时在负极表面形成一层钝化层,即固体电解质界面膜(SEI膜),SEI膜的好坏自接影响到电池的循环寿命、稳定性、自放电性、安全性等电化学性能,满足二次电池密封“免维护”的要求,而不同的化成工艺形成的SEI膜有所不同,对电池的性能影响也存在很大差异。

  传统的小电流预充方式有助于稳定的SEI膜形成,但是长时间的小电流充电会导致形成的SEI膜阻抗增大,从而影响锂离子电池的倍率放电性能,过程时间长影响生产效率。不同的锂电池体系有不同的化成工艺,本文对磷酸铁锂电池体系为对象进行分析。

  磷酸铁锂体系的化成工艺通常选择如下:

  充电电流0.05C~0.2C,截止电压3.6~3.7V,充电截止电流0.025C~ 0.05C,静置一段时间(10-20min)后,0.1~0.2C放电至2.5V,静置一段时间(20-60min)。在不同的充放电机制下,充电电流的不同影响SEI的形成及质量,静置时间和充电截止电流影响电池的化成工艺时间。

  磷酸铁锂体系的电池化成工艺需要选择合适的截止电压,从材料晶体结构上来说,当充电电压大于3.7V时,可能会使磷酸铁锂的晶格结构造成破坏,从而影响电池的循环性能。部分内阻实验、极片SEM观察结果也证明以下结论的正确:

  1.适当降低化成电压、减少化成时间可以有效减少负极表面析锂的产生,从而可以得到表面较为光滑的负极极片。这是因为当化成电压高时,电池内部产气速率较快,以至于电池内部气体无法及时排出,在隔膜表面沉积,影响了隔膜与负极的接触平衡。在锂离子脱嵌过程中,受到两者接触不平衡的影响,造成部分区域锂离子过度嵌入,引起负极表面不光滑,最后影响电池性能。

  2.经化成后的电池内阻测试,发现适当降低化成电压、减少化成时间可以降低电池的内阻。高化成电压造成的高内阻也与负极表面不光滑,有白斑形成有关,因为白斑是锂化合物,导电性差故电池内阻偏大。

  3.化成工艺设计中适当降低化成电压可以提高电池首次充放电容量和改善电池的循环性能。过高的化成电压易造成负极表面沉积锂及其化合物,提高了电池的不可逆容量,必然会影响电池的容量,由于锂及其化合物的存在,导致在充放电循环中电池的容量衰减越来越快,影响电池循环寿命。

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