高温锂离子电池（锂离子电池高温化成工艺研究）

　　高温锂离子电池（锂离子电池高温化成工艺研究）
　　本文中设计了四种化成方式，验证了在某一压力作用下，不同温度对化成效果的影响，具体工艺参数如表1所示。
　　表1 化成工艺
　　工序内容
　　化成工步
　　① 0.2 C恒流充电至3.7 V（限定时间40 min）
　　② 0.5 C恒流充电至4.1 V（限定时间80 min）
　　③ 80 ℃保温保压
　　④ 25 ℃夹具冷压
　　方案一
　　① ②条件为50 ℃
　　方案二
　　① ②条件为60 ℃
　　方案三
　　① ②条件为80 ℃
　　方案四
　　①步条件为40 ℃，②步条件为70 ℃
　　3.1化 成
　　制备的电芯按上述化成工艺进行化成，化成实验数据如表2所示。
　　每种方案实验电芯为30个，此处数据均为平均值。电压降定义为电池充电至某一电压与静置一段时间后的电压之差。
　　表2 化成数据
　　化成工步
　　温度/℃
　　电压/mV
　　时间/min
　　电压降/mV
　　①
　　40
　　3701.1
　　26.1
　　79.4
　　50
　　3701.0
　　29.2
　　55.2
　　60
　　3701.6
　　32.4
　　51.4
　　80
　　3693.4
　　40.0
　　32.0
　　②
　　50
　　4100.2
　　79.0
　　100.6
　　60
　　4101.1
　　78.4
　　90.5
　　70
　　4078.0
　　80.0
　　85.8
　　80
　　4094.6
　　80.0
　　76.4
　　通过比较不同温度下的化成工步①，可知随着温度的升高，化成所需的时间变长，在40 ℃时，电池在0.2 C条件下充电至3.7 V，仅需26.1min，而在60 ℃时，需32.4 min；对于80 ℃，在40 min的时间内，电池电压未达到3.7 V。这一现象的可能原因是温度越高，电池内部电化学反应活性越大，导致电池电解液分解较多，从正极脱离的锂离子在负极表面与电解液、电解质等反应，导致电池电压上升较慢，消耗较长的时间；而对比电压降，在40 ℃时，为79.4 mV，在80 ℃时，电压降仅为32 mV，可直接证明温度越高，电化学反应越快，到达负极的电子能较快被消耗，以致电池极化较低。
　　在化成工步2中，可观察到50 ℃条件下，电池充电至4.1 V所用时间为79.03 min，电压降为100.6 mV；而在60℃时，所用时间为78.4min，电压降为90.5mV，可知在较高电位下，温度升高，可加快电池主体反应（Li+CLi6C），此时未产生副反应或较少副反应，导致电池充电时间变短，同时电压降也变低。而当温度超过一定限度时，如温度达到70 ℃，80 ℃，可观察到电池在80 min内电压并未充至4.1 V，同时电压降也变低，可知电池充电至较高电位时，在过高温度下，虽能加快电池电化学反应，但同时也能导致更多的电解液发生分解，以致电池充电时间变长。
　　对于化成前后的内阻及厚度变化，如表3所示。从方案一、二、三的内阻及厚度变化数据可以看出随着温度的升高，化成后其内阻及厚度均呈上升趋势。这也可从侧面证实随着温度升高，电池内部化学反应较多，生成较厚的界面膜，从而导致电池内阻及厚度偏高。
　　表3 化成前后的内阻及厚度变化
　　化成方案
　　化成前
　　化成后
　　变化率
　　内阻/mΩ
　　厚度/mm
　　内阻/mΩ
　　厚度/mm
　　内阻/%
　　厚度/%
　　方案一
　　26.7
　　3.952
　　28.7
　　3.995
　　7.5
　　1.1
　　方案二
　　26.5
　　3.948
　　28.8
　　4.038
　　8.6
　　2.3
　　方案三
　　26.6
　　3.949
　　29.1
　　4.161
　　9.3
　　5.4
　　方案四
　　26.6
　　3.950
　　28.7
　　4.058
　　7.8
　　2.7
　　3.2 循环性能
　　电池以0.5 C进行充放的循环性能如图1所示。从中可以观察到不同温度化成的电池前350次的循环性能相差不多，其初始容量均可达到3000 mA·h，而在400次循环后，容量保持率开始出现差别，450次循环后，方案一、二、三、四的容量保持率分别为90.57%，90.63%，93.44%，92.02%，表明80 ℃高温化成电池的循环性能更优于其余方案电池，可能是因为80 ℃化成，电池活性更大，产生的SEI膜较厚，有利于电池的循环稳定性。
　　图1 不同温度化成电池的循环性能
　　4、结 论
　　本文研究了高温压力化成中不同的化成温度对化成效果及电池性能的影响，主要得出了如下结论：
　　（1）比较四种不同化成温度的化成工步时间、电压、电压降，可以发现温度越高，电池反应活性越大，电池化成时间设定应相应延长。
　　（2）比较60 ℃与80 ℃化成的电化学性能，80 ℃化成的循环性能优于60 ℃。
　　因此，通过优化高温压力化成的温度能有效的改善化成效果。锂电工艺的不断进步和发展，定能协同光伏、电动车、户储等产业发展，共同构建一个清洁、安全、和谐、美好的世界。
　　5、引用本文