鋰電池活化階段對(duì)電池性能的影響

鋰電池的生產(chǎn)工藝可以分為前道極片制造、中道電芯封裝、后道電池活化三個(gè)階段，電池活化階段的目的是讓電池中的活物質(zhì)和電解液經(jīng)過(guò)充分活化以達(dá)到電化學(xué)性能穩(wěn)定。

活化階段包括預(yù)充電、化成、老化、定容等階段。預(yù)充電和化成的目的是為了讓正負(fù)極材料進(jìn)行最初幾次的充放電來(lái)激活材料，使材料處于最佳的使用狀態(tài)。

老化的目的主要有幾個(gè)：

?一是讓電解液的浸潤(rùn)更加良好，有利于電池性能的穩(wěn)定；

?二是正負(fù)極材料中的活性物質(zhì)經(jīng)過(guò)老化后，可以促使一些副作用的加快進(jìn)行，例如產(chǎn)氣、電解液分解等，讓鋰電池的電化學(xué)性能快速達(dá)到穩(wěn)定；

?三是通過(guò)老化一段時(shí)間后進(jìn)行鋰電池一致性篩選?；芍箅娦镜碾妷翰环€(wěn)定，其測(cè)量值會(huì)偏離實(shí)際值，老化后的電芯電壓、內(nèi)阻更為穩(wěn)定，便于篩選一致性高的電池。

老化制度對(duì)鋰電池性能的影響因素主要有兩個(gè)，即老化溫度和老化時(shí)間。除此之外，還有老化時(shí)電池處于封口還是開(kāi)口的狀態(tài)也比較重要。

對(duì)于開(kāi)口化成來(lái)說(shuō)，如果廠(chǎng)房可以控制好濕度可以老化后再封口。如果采用高溫老化，封口后老化比較好。對(duì)于不同的電池體系，三元正極/石墨負(fù)極鋰電池、磷酸鐵鋰正極/石墨負(fù)極鋰電池抑或是鈦酸鋰負(fù)極電池，需要根據(jù)材料特性及鋰電池特性進(jìn)行針對(duì)性試驗(yàn)。在試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，可以通過(guò)鋰電池的容量差別、內(nèi)阻差別、壓降特點(diǎn)來(lái)確定最佳的老化制度。

一、三元或磷酸鐵鋰正極/石墨負(fù)極鋰電池

對(duì)于三元作為正極材料，石墨作為負(fù)極材料的鋰電池來(lái)說(shuō)，鋰離子電池的預(yù)充化成階段會(huì)在石墨負(fù)極的表面形成一層固態(tài)電解質(zhì)膜(SEI)，此種膜的形成電位約在0.8V左右，SEI允許離子穿透而不允許電子通過(guò)，由此在形成一定厚度后會(huì)抑制電解液的進(jìn)一步分解，可以起到防止電解液分解引起的電池性能下降。

但是化成后形成的SEI膜結(jié)構(gòu)緊密且孔隙小，將電池再進(jìn)行老化，將有助于SEI結(jié)構(gòu)重組，形成寬松多孔的膜，以此提高鋰電池的性能。

三元/石墨鋰電池的老化一般選擇常溫老化7天-28天時(shí)間，但是也有的廠(chǎng)采用高溫老化制度，老化時(shí)間為1-3天，所謂的高溫一般是38℃-50℃之間。高溫老化只是為了縮短整個(gè)生產(chǎn)周期，其目的和常溫老化一樣，都是讓正負(fù)極、隔膜、電解液等充分進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡，讓鋰電池達(dá)到更穩(wěn)定的狀態(tài)。

二、鈦酸鋰負(fù)極鋰電池

俗稱(chēng)的鈦酸鋰電池是負(fù)極采用了鈦酸鋰的電池，正極材料主要還是三元、鈷酸鋰等材料。

鈦酸鋰電池與石墨負(fù)極電池的不同之處是鈦酸鋰的嵌鋰電位是1.55V(相對(duì)于鋰金屬)，高于SEI形成的0.8V，所以充放電過(guò)程中不會(huì)形成固態(tài)電解質(zhì)膜(SEI)也不會(huì)形成枝晶鋰，從而具有更高的安全性。

這就意味著鈦酸鋰充電過(guò)程中，不斷的有電子與電解液發(fā)生反應(yīng)，生成副產(chǎn)物及產(chǎn)生氫氣、CO、CH4、C2H4等氣體，會(huì)導(dǎo)致電池的鼓包。鈦酸鋰的鼓包問(wèn)題主要得依靠材料性質(zhì)的改變來(lái)緩解，例如材料表面包覆、改變粒徑分布，找到合適的電解液等。

此外，通過(guò)優(yōu)化預(yù)充、化成、老化的制度也可以適當(dāng)減輕鈦酸鋰鼓包現(xiàn)象。鈦酸鋰電池的老化制度一般首選高溫老化制度，老化溫度采用40℃-55℃，老化時(shí)間一般是1-3天，老化之后需要進(jìn)行負(fù)壓排氣。進(jìn)行多次高溫老化，使電池內(nèi)部水分充分反應(yīng)，將氣體排出后可以有效抑制鈦酸鋰電池的脹氣問(wèn)題，提高其循環(huán)壽命。

無(wú)論對(duì)于哪種體系的電池，老化是必不可少的一道工序。鋰電池的老化雖然理解起來(lái)是對(duì)鋰電池的損耗和破壞，但是事實(shí)上卻是篩選一致性高的電池，剔除不良品的有效途徑。只有通過(guò)老化的方式，才能選出適宜進(jìn)行組包的鋰電池，提高電動(dòng)工具的使用壽命。