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锂电池的化成和分容

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  • 发布时间:2018/1/26 16:09:01
  • 作者:cxp_yinhe

什么是化成和分容

  化成:一般指对初次充电的电池实施一系列工艺措施使之性能趋于稳定,包括,小电流充放电,恒温静置等。

  分容:简单理解就是容量分选、性能筛选分级。

锂电池的应用

  锂离子电池具有能量密度高、环境友好、无记忆效应、循环寿命长、自放电少等突出的优点,是移动电话、摄像机、笔记本电脑、便携式测量仪等电子装置小型轻量化的理想电源,也是电动汽车、军用的理想轻型高能动力源。锂电池生产工艺复杂,属资本密集型产业。下面请让我们一起来初步了解锂电池的化成和分容吧。

锂电池的化成

  在锂离子电池首次充放电过程中作为锂离子电池的极性非质子溶剂不可避免地都要在电极与电解液界面上反应,形成覆盖在电极表面上的钝化薄膜,称为电子绝缘膜或固体电解质相界膜即SEI膜,据报导得知:钝化膜由Li2O、LiF、LiCl、Li2CO3、LiCO2-R、醇盐和非导电聚合物组成,是多层结构,靠近电解液的一面是多孔的,靠近电极的一面是致密的。SEI膜的形成对电极材料的性能产生至关重要的影响。一方面,SEI膜的形成消耗了部分锂离子,使得首次充放电不可逆容量增加,降低了电极材料的充放电效率;另一方面,SEI膜具有有机溶剂不溶性,在有机电解质溶液中能稳定存在,并且溶剂分子不能通过该层钝化膜,从而能有效防止溶剂分子的共嵌入,避免了因溶剂分子共嵌入对电极材料造成的破坏,因而大大提高了电极的循环性能和使用寿命。化成的质量决定了SEI 膜的好坏,直接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。因此电池企业都会根据其生产实际,研究总结出一套合适的化成和分容的工艺流程及参数,以保证电池可以获得最大的容量、最好的稳定性和最长的寿命。电池的化成需要长时间充放电,充电时不但需要精准地控制充放电的电压或电流的高低大小,还要精准地控制充放电电压和电流的的脉冲波形,以防止SEI膜阻抗增大,从而影响锂离子电池的倍率放电性能,并提高化成过程的生产效率。比如对于磷酸铁锂体系,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。

锂电池的分容

  电池的分容是通过化成分容柜(由于化成和分容基本原理相同,化成和分容功能集成在同一个柜子内,称为化成分容柜)来完成的,分化成容柜的功能实际上就是象充电器一样的东西,只不过它可以同时为大量的电池充放电。电池分容时通过电脑管理得到每一个检测点的数据,从而分析出这些电池容量的大小和内阻等数据,确定电池的质量等级,这个过程就是分容。

  电池首次分容后,需静置一段时间,一般不少于15天,在这个期间,有些内在的质量问题就会表现出来,比如说自放电过大,内阻变大等等。静置期结束后,再次进行检测分容,把容量达不到等级,有质量问题的淘汰掉。

  分容的另外一个目的是对电池进行分类组编,就是筛选出单体的内阻和容量相同的单体进行组合。组合时,只有性能很接近的才能组成电池组。比如,动力电池组为满足电动汽车的能量需求,往往需要数十支到数千支电池组成,受到系统复杂性的影响,电池组的行为有其独特性,并不是单体电池的做一个简单的加减法就能够获得电池组的性能。以我们常见的串联、并联组成的电池组为例,理想情况下所有电池组中的单体电池应该是完全一致的,但是实际上即便是同一批次生产的单体电池仍然具有性能的差异(包括容量、内阻等因素)。虽然在组成电池组之前会进行筛选,仍然无法保证所有电池性能100%一致,此外受到电池组体积的影响,不同部分的散热特性也有较多的差异,因此电池组在温度分布上也存在较大的温度梯度,上述种种因素会导致电池组内的电池在使用过程中的衰降速度并不一致,这种情况下一方面会造成电池组的可用容量下降(受到电池组中串联电池的最小容量的限制)。另一方面也可能会导致电池组安全性降低。研究显示即便是单体电池循环寿命可达1000次以上,在组成电池组时,如果没有均衡设备的保护,电池组的循环寿命可能不足200次,因此对于电池组而言,单体电池的一致性是一个非常重要的参数。

锂电池的化成和分容精度要求

  为了提高电池的循环寿命、稳定性、自放电性、安全性等电化学性能,必须严格控制锂电池的一致性或精确评定电池等级,所以对化成和分容设备的电流和电压的测量精度有很高的要求,限于传感器采集精度,目前市场上化成分容设备电流和电压的测量精度一般在千分之一左右。其对于化成而言,电流和电压的控制精度越高越高锂电池产品的质量就会越好,电流电压传感器在万分之一以上的精度是比较理想的选择。银河电气有优于万分之一精度的电流和电压传感器,可以提供多种选择。