电池生产过程中的三次高温老化静置

锂电池在生产过程中大多数企业会有三次高温静置过程,第一次是注液后高温老化静置,第二次是化成后的高温老化静置,第三次是测量K值的高温静置。当然有部分企业也会在化成后选择常温静置(根据产品类型),和在K值时进行两次常温静置。

一、注液后高温静置目的:

电解液浸润

在锂电池注液过程中,虽然电解液被注入到电池内部,但电极材料与电解液之间可能并未完全充分接触。注液后进行老化,可以给予足够的时间让电解液充分浸润电极材料的孔隙结构。这样能够确保电极表面与电解液之间形成良好的界面接触,从而提高离子传输效率。当电极与电解液充分浸润后,锂离子在正负极之间的迁移路径更加顺畅,电池的电化学性能得以提升。

稳定电池内部结构

静置期间,由于温度作用,可能导致某些不稳定的物质进一步反应或转化,从而有利于电池内部结构更加稳定,降低后续充放电过程中的副反应概率。

减少电池内阻

充分浸润和适当的活化处理,可降低电池的初始内阻,提高电池的电化学性能和循环稳定性。

二、化成后高温老化目的

促进负极表面形成稳定的 SEI 膜

在锂电池的化成过程中,会在负极表面形成一层固体电解质界面膜(SEI 膜)。化成后进行高温老化,有助于进一步优化 SEI 膜的形成。高温环境可以加速化学反应的进行,使得 SEI 膜更加致密和稳定。且一般高温老化温度在45±5℃之间。

备注:

化成后高温静置并不是绝对的,一些企业也会选择常温老化静置。化成后高温老化对不同材料锂电池中 SEI 膜的影响存在显著差异。不同材料的锂电池在化成后高温老化过程中,SEI 膜的变化情况各不相同。这些变化不仅影响电池的容量、循环寿命等性能,还与电池的热稳定性等方面密切相关。并且高温老化温度对SEI成膜也会有显著影响,如高镍三元材料,若使用80℃高温老化,可能会副反应产物加剧,导致SEI加剧,甚至产生分解分险。因此,在锂电池的设计和生产过程中,需要充分考虑不同材料在高温老化条件下对 SEI 膜的影响,以提高电池的性能和稳定性。

三、筛选K值高温老化目的

加速筛选微短路电芯

在锂电池筛选 K 值的过程中,高温老化有助于更好地区分具有不同自放电速率的电池。电池的自放电主要源自化学体系本身引起的自放电和正负极之间隔膜造成的电池内部微短路。在高温老化静置过程中,由于温度升高,电池体系的活性增加,反应速率加快,金属杂质在正极的溶解和在负极的析出过程也会加快,通过监测电压降 K 值的变化,可以更快地识别出存在内部微短路的不合格品。

保证电池的一致性

单体电芯最终要组成模组,锂离子电池在组成模组时,一致性对于模组的性能和寿命至关重要。高温老化静置可以使电池内部的物理和化学变化更加均匀,从而提高电池之间的一致性,减少因电池差异导致的性能下降和安全隐患。

备注:

高温老化静置可以加速筛选K值不良品电芯,但有些企业也会按照两次常温静置进行K值筛选;不同类型的锂电池在高温老化下对筛选 K 值的影响各不相同。如磷酸铁锂电池在特定 SOC 下通过高温老化可优化 K 值筛选工艺,提高电池一致性;商用锂离子电池在不同温度老化下的热稳定性变化可能间接影响 K 值筛选;钛酸锂电池的高温老化与荷电状态强相关,可能对 K 值筛选产生潜在影响。