简述化成工艺对锂离子电池性能的影响

1 实验部分

   选取60 支60Ah 电池，按照3 种方式对电池进行化成及定容。A、常规化成定容：选取20 支（1-20#）同批次注液且静置完成的60Ah电池，进行常规的单体化成单体定容；B、串联化成常规定容：选取20 支（21-40#）同批次注液且静置完成的60Ah 电池，将20 支电池串联组成20 串电池组进行串联化成，化成完成后将电池组拆开后进行单体定容；C、串联化成串联定容：选取20 支（41-60#）同批次注液且静置完成的60Ah电池，将20 支电池串联组成20串电池组进行串联化成和串联定容。定容后，通过首次充电容量、首次放电容量、二次充电容量、化成前内阻、定容后内阻、容量电压平台等指标，对电池性能进行分析，根据电池性能优选出最佳的化成定容方式。

2 测试结果

2.1 化成效率分析

    针对以上60 支电池，对其进行首次充电容量、首次放电容量、二次充电容量统计，并计算首次放电容量效率和二次充电容量效率。为便于直观看出容量变化情况，还计算了首次放电容量衰减数和二次充电容量增长数。具体的实验数据见图1-图3。从图中可以看出，首次放电容量比较高的电池，其二次充电容量也比较高；首次放电效率比较低的电池其二次充电效率比较高；首次放电容量损失比较小的电池其二次充电容量增长却比较大，说明即使在串联化成时首次没充满，在后继的循环中也会将容量补充上去，不会对电池性能造成影响。对电池容量进行统计，结果发现：A组电池平均容量为61.83Ah，B组电池平均容量为61.96 Ah，C组电池平均容量为62.04Ah，B组电池容量较A组略大，C组电池最大，说明串联化成和串联定容不会对电池容量造成不良影响作用。

 

 

 

2.2 内阻分析

    对不同化成制度下化成得到的60 支60Ah电池的交流内阻及容量进行分组分析，结果如图4 所示。从图4 可以看出，常规化成制度下内阻较高，串联化成常规定容内阻略低，串联化成串联分选内阻最低。为了更明确的看出化成制度对电池内阻的影响，计算了化成定容过程前后的内阻变化情况，结果如图5 所示。从图5 可以看出，采用串联化成串联分选后的电池内阻显著降低。同时，对三组电池样品的平均内阻进行统计，结果显示：A组电池平均内阻为0.4905mΩ，B组电池平均内阻为0.4612 mΩ，C组电池平均内阻为0.4221 mΩ，C组的平均内阻最小。

 

2.3 容量电压平台分析

    中值电压可以直观的反映电池的电压平台的高低，图6 是60 支60Ah 电池的首次放电中值电压与电池容量的关系图。由图6 可以看出，随着电池容量的增加，电池的首次放电中值电压也呈增大的趋势。对三组电池样品的平均中值电压进行统计，结果显示：A组电池平均中值电压为3.217V，B组电池平均中值电压为3.220V，C组电池平均中值电压为3.220V。图7 是三种不同的化成制度下电池的中值电压与首次放电容量的关系，可以看出串联化成串联定容的电池中值电压一致性较好，平台也较高，证明串联化成定容能够有效提高电池组的一致性，避免单体循环时不同设备引起的不一致性。