化成:一般指對(duì)初次充電的電池實(shí)施一系列工藝措施使之性能趨于穩(wěn)定,包括,小電流充放電,恒溫靜置等。
分容:簡(jiǎn)單理解就是容量分選、性能篩選分級(jí)。
鋰離子電池具有能量密度高、環(huán)境友好、無(wú)記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電少等突出的優(yōu)點(diǎn),是移動(dòng)電話(huà)、攝像機(jī)、筆記本電腦、便攜式測(cè)量?jī)x等電子裝置小型輕量化的理想電源,也是電動(dòng)汽車(chē)、軍用的理想輕型高能動(dòng)力源。鋰電池生產(chǎn)工藝復(fù)雜,屬資本密集型產(chǎn)業(yè)。下面請(qǐng)讓我們一起來(lái)初步了解鋰電池的化成和分容吧。
在鋰離子電池首次充放電過(guò)程中作為鋰離子電池的極性非質(zhì)子溶劑不可避免地都要在電極與電解液界面上反應(yīng),形成覆蓋在電極表面上的鈍化薄膜,稱(chēng)為電子絕緣膜或固體電解質(zhì)相界膜即SEI膜,據(jù)報(bào)導(dǎo)得知:鈍化膜由Li2O、LiF、LiCl、Li2CO3、LiCO2-R、醇鹽和非導(dǎo)電聚合物組成,是多層結(jié)構(gòu),靠近電解液的一面是多孔的,靠近電極的一面是致密的。SEI膜的形成對(duì)電極材料的性能產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。一方面,SEI膜的形成消耗了部分鋰離子,使得首次充放電不可逆容量增加,降低了電極材料的充放電效率;另一方面,SEI膜具有有機(jī)溶劑不溶性,在有機(jī)電解質(zhì)溶液中能穩(wěn)定存在,并且溶劑分子不能通過(guò)該層鈍化膜,從而能有效防止溶劑分子的共嵌入,避免了因溶劑分子共嵌入對(duì)電極材料造成的破壞,因而大大提高了電極的循環(huán)性能和使用壽命?;傻馁|(zhì)量決定了SEI 膜的好壞,直接接影響到電池的循環(huán)壽命、穩(wěn)定性、自放電性、安全性等電化學(xué)性能。因此電池企業(yè)都會(huì)根據(jù)其生產(chǎn)實(shí)際,研究總結(jié)出一套合適的化成和分容的工藝流程及參數(shù),以保證電池可以獲得最大的容量、最好的穩(wěn)定性和最長(zhǎng)的壽命。電池的化成需要長(zhǎng)時(shí)間充放電,充電時(shí)不但需要精準(zhǔn)地控制充放電的電壓或電流的高低大小,還要精準(zhǔn)地控制充放電電壓和電流的的脈沖波形,以防止SEI膜阻抗增大,從而影響鋰離子電池的倍率放電性能,并提高化成過(guò)程的生產(chǎn)效率。比如對(duì)于磷酸鐵鋰體系,當(dāng)充電電壓大于3.7V時(shí),可能會(huì)使磷酸鐵鋰的晶格結(jié)構(gòu)造成破壞,從而影響電池的循環(huán)性能。
電池的分容是通過(guò)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個(gè)柜子內(nèi),稱(chēng)為化成分容柜)來(lái)完成的,分化成容柜的功能實(shí)際上就是象充電器一樣的東西,只不過(guò)它可以同時(shí)為大量的電池充放電。電池分容時(shí)通過(guò)電腦管理得到每一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù),從而分析出這些電池容量的大小和內(nèi)阻等數(shù)據(jù),確定電池的質(zhì)量等級(jí),這個(gè)過(guò)程就是分容。
電池首次分容后,需靜置一段時(shí)間,一般不少于15天,在這個(gè)期間,有些內(nèi)在的質(zhì)量問(wèn)題就會(huì)表現(xiàn)出來(lái),比如說(shuō)自放電過(guò)大,內(nèi)阻變大等等。靜置期結(jié)束后,再次進(jìn)行檢測(cè)分容,把容量達(dá)不到等級(jí),有質(zhì)量問(wèn)題的淘汰掉。
分容的另外一個(gè)目的是對(duì)電池進(jìn)行分類(lèi)組編,就是篩選出單體的內(nèi)阻和容量相同的單體進(jìn)行組合。組合時(shí),只有性能很接近的才能組成電池組。比如,動(dòng)力電池組為滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)的能量需求,往往需要數(shù)十支到數(shù)千支電池組成,受到系統(tǒng)復(fù)雜性的影響,電池組的行為有其獨(dú)特性,并不是單體電池的做一個(gè)簡(jiǎn)單的加減法就能夠獲得電池組的性能。以我們常見(jiàn)的串聯(lián)、并聯(lián)組成的電池組為例,理想情況下所有電池組中的單體電池應(yīng)該是完全一致的,但是實(shí)際上即便是同一批次生產(chǎn)的單體電池仍然具有性能的差異(包括容量、內(nèi)阻等因素)。雖然在組成電池組之前會(huì)進(jìn)行篩選,仍然無(wú)法保證所有電池性能100%一致,此外受到電池組體積的影響,不同部分的散熱特性也有較多的差異,因此電池組在溫度分布上也存在較大的溫度梯度,上述種種因素會(huì)導(dǎo)致電池組內(nèi)的電池在使用過(guò)程中的衰降速度并不一致,這種情況下一方面會(huì)造成電池組的可用容量下降(受到電池組中串聯(lián)電池的最小容量的限制)。另一方面也可能會(huì)導(dǎo)致電池組安全性降低。研究顯示即便是單體電池循環(huán)壽命可達(dá)1000次以上,在組成電池組時(shí),如果沒(méi)有均衡設(shè)備的保護(hù),電池組的循環(huán)壽命可能不足200次,因此對(duì)于電池組而言,單體電池的一致性是一個(gè)非常重要的參數(shù)。
為了提高電池的循環(huán)壽命、穩(wěn)定性、自放電性、安全性等電化學(xué)性能,必須嚴(yán)格控制鋰電池的一致性或精確評(píng)定電池等級(jí),所以對(duì)化成和分容設(shè)備的電流和電壓的測(cè)量精度有很高的要求,限于傳感器采集精度,目前市場(chǎng)上化成分容設(shè)備電流和電壓的測(cè)量精度一般在千分之一左右。其對(duì)于化成而言,電流和電壓的控制精度越高越高鋰電池產(chǎn)品的質(zhì)量就會(huì)越好,電流電壓傳感器在萬(wàn)分之一以上的精度是比較理想的選擇。銀河電氣有優(yōu)于萬(wàn)分之一精度的電流和電壓傳感器,可以提供多種選擇。