磷酸鐵鋰動力電池預充工藝的研究

王紅霞，鄒玉峰，尹瑞欣，陰育新

(天津力神電池股份有限公司，天津300384)

磷酸鐵鋰材料逐漸被應用于動力鋰離子電池的研發和生產中。動力電池大多具備功率高、比能量高的特點，近些年動力電池的生產正逐漸被各行各業所關注。生產動力鋰離子電池中有諸多工序，其中對電池預充對電池的性能影響至關重要。在預充過程中電解液在負極表面還原，不溶性的還原產物在負極材料表面沉積，即固體電解質界面膜(SEI)，還有一些氣體產生[1]。為了提高鋰離子電池的生產效率，對電池進行不同電流和時間的預充，比較在最短的時間內充分地將電池內的氣體排出來，并比較和討論電池性能。

1 實驗

鋰離子電池的傳統工藝是將正極磷酸鐵、負極石墨活性物質分別按一定的比例與導電劑和粘合劑混合，高速攪拌成漿料，然后分別涂覆在鋁箔和銅箔上，經過碾壓和裁切成正負極片，與隔膜經過卷繞裝配成電池，并注入一定數量的電解液，靜置一段時間后，即可開始預充。

本實驗設計了三種預充流程，如表1，每組制作電池15只。

表1 三組預充實驗流程

2 結果分析與討論

對經過不同預充流程的電池進行數據收集和整理，得到的平均數據如表2，看出A組電池的充電容量最低，預充后的厚度相當，化成后厚度沒有差別，但是放電容量A組最低，總體上看，B組和C組預充后的效果均要好于A組，從充放效率上看C組最高。

表2 化成數據表

另外，制作三電極電池，從電位變化上分析，如圖1，在0.15C充電25～50 min時，正極電位出現拐點，之后正極電位變化趨緩，推測在此時間范圍內，正極大量產氣段結束，結合預充過程中電池厚度的變化，推測大量預充結束點在0.15C充電60 min之內。

圖1 電位變化

2.1 循環性能測試

分別從各組中抽取1只電池進行循環測試，測試采用1C電流充放，性能曲線如圖2所示。從圖中看出，三組流程的容量衰減趨勢趨一致，曲線基本重合。

圖2 循環性能曲線

2.2 高溫存儲測試

從三組流程的電池中分別抽取1只電池，充滿電放在溫度為60℃的恒溫箱中5 h，待電池降至室溫后測量其電壓內阻，并進行殘余容量和恢復容量的測試，測試數據如表3，從殘余容量對比看A組與B組相當，C組殘余容量要高于A組、B組0.5%，C組恢復容量高于A組1.3%，高于B組1%。

2.3 常溫存儲測試

從三組流程的電池中各抽取1只，充滿電后的電池放在25℃的室溫中存儲30 d，到期后取出，測量電池的電壓內阻，并進行恢復容量的測試，測試數據如表4。從數據上看，三組流程的電池恢復容量相當，所以流程時間的長短及充電電流的大小對常溫存儲的恢復容量影響很小。

表3 高溫存儲測試數據

表4 常溫存儲數據

3 結論

三組流程中C組流程共用時80 min，時間最短，在三組流程中效果是相對較好，可以為生產企業節省很多工藝時間，從而減少充放電設備過多的投入，同時縮短生產周期，提高生產效率，提供更多商機。

[1]唐贊謙.鋰離子電池預充電工藝研究[J].遼寧化工，2009,38(5)：305-307.