173-6536-3369
化成工序作為鋰離子電池生產(chǎn)的關(guān)鍵工序之一，對(duì)電池的電化學(xué)性能有著直接的影響。電池在進(jìn)行首次充電時(shí),電池內(nèi)活性物質(zhì)被激活，在負(fù)極表面形成固體電解質(zhì)相界面(SEI)膜。采用不同的化成工藝參數(shù)，形成的SEI膜有所不同，會(huì)導(dǎo)致電池的電化學(xué)性能出現(xiàn)差異；針對(duì)化成壓力的研究，目前大都采用恒定壓力進(jìn)行化成，針對(duì)化成過程不同階段改變壓力的研究相對(duì)較少。
將正極活性材料LiCoO2、PVDF、導(dǎo)電漿料CNT按照 98∶1∶1的質(zhì)量比混合勻漿，噴涂于10μm厚的鋁箔上；將負(fù)極材料石墨、導(dǎo)電炭黑、羧甲基纖維素鈉CMC和丁苯橡膠SBR按照97.5∶0.5∶0.9∶1.1的質(zhì)量比混合勻漿，噴涂于6μm厚的銅箔上。以聚丙烯膜為隔膜，1mol/L LiPF6/ EC+DEC+EMC為電解液，經(jīng)卷繞、裝配、注液、化成和分容等工序，制備額定容量為3980mAh、截止電壓為4.45V的軟包裝鋁塑鋰離子電池。分容步驟為：以 1.00C充電、0.20C放電循環(huán)2次。取第2次放電容量作為電池的容量，分容最小容量為3980mAh。
采用數(shù)顯平板測(cè)厚儀測(cè)量電池厚度；采用分容柜進(jìn)行電池容量篩選；采用電池試驗(yàn)箱進(jìn)行電芯的充放電、直流內(nèi)阻及循環(huán)性能測(cè)試；倍率性能測(cè)試：在25℃下，電池以1.00C充電至4.20V，再以0.70C充電至4.45V，轉(zhuǎn)恒壓充電至0.05C截止；分別以0.20C、0.50C、1.00C和1.50C放電至3.00V。常溫循環(huán)性能測(cè)試：在25℃下。電池以1.00C充電至4.45V。轉(zhuǎn)恒壓充電至0.05C截止；以1.00C恒流放電至3.0V，進(jìn)行循環(huán)性能測(cè)試。
浮充測(cè)試：在45℃下，電池以0.80C充電至4. 45V，轉(zhuǎn)恒壓充電至0.05C，得到滿電態(tài)電池。滿電態(tài)電池以0.05C放電1h，靜置10min，以0.50C充電至4.45V，轉(zhuǎn)恒壓充電至0.05C，在45℃下存儲(chǔ)22.8h；重復(fù)以上流程，每7d采用數(shù)顯平板測(cè)厚儀測(cè)量電池厚度，記錄厚度變化率。
高溫存儲(chǔ)性能測(cè)試：將滿電態(tài)電池在60℃恒溫箱內(nèi)，存儲(chǔ)30d，測(cè)量厚度變化以及殘余容量和恢復(fù)容量。在25℃下，以0.20C放電至3.00V，得到殘余容量；以0.50C恒流充電至4.45V，轉(zhuǎn)恒壓充電至0.05C截止，然后以0.20C放電至3.00V，得到恢復(fù)容量。
采用變壓力化成的B方案，化成后電池的厚度較采用恒壓力化成的A方案增加約40μm，但經(jīng)過分容工序后，B方案電池厚度反而較A方案降低約20μm。這主要是由于B方案在化成大電流充電階段降低了化成壓力，使電池應(yīng)力提前釋放，厚度出現(xiàn)反彈，導(dǎo)致化成后厚度較大，而經(jīng)過分容工序后，由于電池的SOC降低，厚度隨之減小。
因此，分容膨脹率為-0.63%。恒壓力化成A方案，化成過程壓力保持不變，電池厚度反彈出現(xiàn)在無外加壓力的分容工序，因此，盡管分容后電池的SOC降至50%，但厚度反而比化成后70%SOC時(shí)的更大，分容膨脹率為0.82%。兩種方案的滿電態(tài)膨脹率均為1.32%，B方案的電池滿電態(tài)厚度比A方案小約20μm。B方案電池的首次庫侖效率較A方案低，可能是由于化成后期壓力減小至0.5MPa，使得更多的電解液進(jìn)入極片間參與成膜反應(yīng)，導(dǎo)致消耗更多的活性鋰,首次庫侖效率略有降低。
不同 SOC 下,兩種化成方案電池的直流內(nèi)阻,隨著電池 SOC 從 10%增加到 100%,兩種化成方案電池的直流內(nèi)阻均出現(xiàn)先降低、后增加的趨勢(shì)。同一SOC 下,兩種方案的直流內(nèi)阻差異較小,說明化成過程大電流下,降低化成壓力對(duì)電池的直流內(nèi)阻無明顯影響。
兩種化成方案電池在0.20C、0.50C、1.00C、1.50C倍率下的放電性能，在0.20C和0.50C的小倍率下，兩種方案電池的倍率放電曲線基本重合。當(dāng)放電倍率增加至1.50C時(shí)，B方案電池的倍率放電性能僅比A方案高0.36%，說明兩種方案電池的倍率性能無明顯差異。
兩種化成方案電池的常溫循環(huán)測(cè)試結(jié)果，兩種化成方案電池的常溫循環(huán)容量保持率趨勢(shì)整體一致，500次循環(huán)后，A方案和B方案的容量保持率分別為95.23%和95.95%，說明采用變壓力化成對(duì)電池的循環(huán)穩(wěn)定性無明顯影響。B方案電池在循環(huán)過程中的厚度膨脹率僅較A方案小0.24%，變化趨勢(shì)基本相同。
電池在45℃下浮充測(cè)試的厚度膨脹率曲線，在45℃條件下，經(jīng)過84d浮充測(cè)試后，A方案與B方案電池的厚度膨脹率分別為6.28%和5.58%，說明化成大電流階段減小化成壓力，可降低電池在45℃浮充測(cè)試時(shí)的厚度膨脹率。
兩種化成方案電池在60℃下高溫存儲(chǔ)30d的厚度膨脹率曲線，在60℃高溫存儲(chǔ)30d，A方案電池的厚度膨脹率為2.83%，而B方案電池的厚度膨脹率為1.82%，厚度膨脹率減小1.01%。這說明，電池在化成過程60℃條件下釋放應(yīng)力，厚度發(fā)生反彈，可以降低在高溫存儲(chǔ)時(shí)的厚度膨脹率。對(duì)于采用鋁塑封裝的軟包裝電池，由于鋁塑外殼的機(jī)械強(qiáng)度相對(duì)較小，對(duì)電芯束縛性弱，會(huì)降低在高溫環(huán)境下的膨脹率，能夠提高在高溫下使用的安全性。
電池在60℃高溫存儲(chǔ)30d后的殘余容量與恢復(fù)容量數(shù)據(jù)，A方案電池的初始容量較B方案高12mAh，原因是A方案電池的首次庫侖效率高于B方案。B方案電池的殘余容量和恢復(fù)容量均高于A方案，說明化成過程大電流時(shí)降低壓力使SEI膜的穩(wěn)定性有所提高,在高溫存儲(chǔ)時(shí)，SEI膜的分解重組消耗的鋰更少，降低了容量損失。
目前，在軟包裝鋰離子電池化成過程中均采用恒定壓力進(jìn)行化成，分容后電池厚度出現(xiàn)膨脹，導(dǎo)致電池厚度增加；而在化成大電流階段將化成壓力減小為小電流時(shí)的1/3，電池在化成階段釋放應(yīng)力，可降低電池的最終厚度。與恒壓力化成相比，采用變壓力化成使得電池在浮充及高溫存儲(chǔ)時(shí)的厚度膨脹率分別降低0.70%和1.01%，提高了電池在高溫下使用的安全性。
