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縮短鋰離子電池形成時(shí)間的方法

2022-11-17

鋰離子電池

電池形成的過(guò)程，實(shí)際上就是次給鋰離子電池充電的過(guò)程。為了保證在負(fù)極表面形成均勻致密的SEI薄膜，在形成過(guò)程中通常會(huì)使用非常小的電流給電池充電，以降低界面薄膜的成膜速度，從而使形成的界面薄膜更加致密。

滲透和化成完成后，為了消除漏電流較大的電池，通常需要對(duì)電池進(jìn)行1-2周的老化篩選。在電池形成結(jié)束時(shí)，鋰離子電池內(nèi)部的泄漏電流通常為20-50ua/cm2。穩(wěn)定數(shù)小時(shí)后，漏電流將降至2-5uA/cm2，數(shù)周后，電池內(nèi)部的漏電流將降至1uA/cm2以下。但是，由于制造缺陷和電解質(zhì)雜質(zhì)等因素，某些鋰離子電池的泄漏電流將繼續(xù)很高。一旦它們進(jìn)入組合，單個(gè)電池之間的電壓偏差將太大，這將影響電池組的性能。為了保證電池的一致性，這部分電池需要通過(guò)篩選來(lái)消除。

為了壓縮形成時(shí)間，首先以較大的電流 (1C) 將鋰離子電池充電至3.9V，然后以3.9-4.2V范圍內(nèi)的C/5速率對(duì)鋰離子電池進(jìn)行充放電，后將電池放電至3.0V。與0.05C速率下的三個(gè)循環(huán)相比，該系統(tǒng)下電池的形成時(shí)間僅為14h，形成速度提高了8.5倍。以這種方式，盡管形成時(shí)間被大大壓縮，但電池的容量降低了，并且快速性使電池的容量降低了13%。如果我們將用于在低電壓范圍內(nèi)快速充電的電流降低到0.2C或0.33C，則與0.05C相比，電池的正極的比容量將降低12 mAh/g(7%)。

一些先進(jìn)的電池技術(shù)，例如原子層沉積技術(shù) (ALD)，使進(jìn)一步的壓縮潤(rùn)濕和形成時(shí)間成為可能。研究表明，通過(guò)在正負(fù)極材料表面添加原子層沉積層，甚至直接采用原子層沉積技術(shù)，可以將形成時(shí)間進(jìn)一步壓縮至10h以下正極和負(fù)極指示SEI薄膜的形成，取代了傳統(tǒng)的SEI薄膜，從而進(jìn)一步減少了鋰離子電池的化成所需時(shí)間。

研究表明，高電位相的負(fù)極使用較大的電流，在較低電位下使用較小的電流進(jìn)行形成，可有效壓縮成時(shí)間，該方法在形成相時(shí)可部分形成SEI薄膜，終完成SEI薄膜在鋰離子電池使用過(guò)程中的構(gòu)建，對(duì)終鋰離子電池循環(huán)性能無(wú)顯著影響。

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