预处理工艺对磷酸铁锂电池性能有什么影响
来源：宝鄂实业
2020-03-11 11:18
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一、实验
1 电池制作
以磷酸铁锂为正极材料、石墨为负极材料，与粘结剂、导电剂、溶剂按照一定比例混合成正负极浆料，然后分别均匀涂覆在铝箔和铜箔表面上烘干，经过碾压、裁切、烘干，制成实验所需极片。极片经卷绕、装配、注液、预处理、封口等，制作出方形磷酸铁锂动力电池，标称容量为20ah。
2 预化成流程与化成流程
预化成流程如表1，表2所示
化成流程如表 3，表 4 所示。
3 测试设备
所有电性能测试均采用 arbin bt2000 电池测试系统进行测试。高温存储使用 mtl－02s 恒温箱进行控温。
二、结果与讨论
本实验是建立在电池内部水分较高的情况下进行的。对于电池容量较大的磷酸铁锂动力电池，当内部水分较高时，极易造成金属锂析出，影响电池的容量发挥，甚至产生死区。此外，电池内部的水分还会与锂盐（六氟磷酸锂）反应生成氟化氢（hf）。由于hf腐蚀性较高，对电池内部正负极都将产生一定的副作用，必将影响电池的循环寿命。在此情况下考虑采取不同的预处理流程、高温存储等方法排除水分。
1 预处理流程的影响
考虑改变预处理参数以达到反应进行完全、排除多余水分及气体的目的。两种预处理流程见表1和表2，不同预处理流程后电池的充电、放电容量、内阻和厚度测试结果见表5。从表5可见流程1的平均放电容量为20．700ah，大于流程2的平均放电容量20．684ah。两种处理流程对电池内阻基本无影响。在化成电压为3．65v时，预处理流程对电池厚度无影响。当化成电压升至3．9v后，流程1的电池厚度为28．34mm，明显低于流程2的28．51mm，由此说明增加预处理时间对排除电池内部气体并无优势。
综合考虑放电容量、内阻、厚度三方面考察因素，流程1优于流程2，说明延长预处理时间并未达到预期的效果。
2 高温存储的影响
由于lipf6与水的反应速率随温度升高而加快，锂盐的分解将产生hf气体，造成电池鼓胀、循环寿命衰减。在预处理后，增加45℃高温存储8h，以达到加快反应进行，去除电池内部多余水分的目的。在预处理流程1处理后，考察高温存储对电池充电、放电容量、内阻和厚度影响的测试结果见表6。
从表6可见，没有高温处理的平均放电容量为20．700ah，大于高温存储8h后的平均放电容量20．623ah。电池内阻在高温静置8h后略有升高，可能是由于高温静置加速反应进行，造成电极表面成膜较厚。在没有进行高温静置处理时电池平均厚度为28．38mm，高温静置8h处理后电池厚度为28．62mm，说明高温静置确实可以加速水分与锂盐的反应，产生更多的hf，有利于水分的消耗，但反应后的气体无法较好地排出，仍滞留于电池内部，造成电池鼓胀。
3 化成截止电压的影响
通过调整化成电压，避免由于水分带来的负极片死区及析锂现象，尽可能减少不可逆容量损失。电池化成解剖后负极片形貌见图1，不同实验条件及极片状态汇总见表7。
从实验结果可知，增加高温存储后，极片均存在大量析锂的现象，这将造成锂的大量损失，影响电池的各项性能。在不增加高温存储工序的四组实验中，由于电池内部水分的影响，在3．65v化成截止电压条件下，虽然可以避免析锂现象，但均存在少量的死区，影响了电池的容量发挥。在 3．9v化成截止电压条件下，采用预化成流程1时，极片状态最好，无死区及析锂现象，而采用预化成流程2后，负极片上存在少量析锂。综合分析后可知，预化成流程1、无高温存储、化成截止电压为 3．9 v 时极片状态最好。
