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缩短锂离子电池形成时间的方法

2022-11-17

锂离子电池

电池形成的过程，实际上就是次给锂离子电池充电的过程。为了保证在负极表面形成均匀致密的SEI薄膜，在形成过程中通常会使用非常小的电流给电池充电，以降低界面薄膜的成膜速度，从而使形成的界面薄膜更加致密。

渗透和化成完成后，为了消除漏电流较大的电池，通常需要对电池进行1-2周的老化筛选。在电池形成结束时，锂离子电池内部的泄漏电流通常为20-50ua/cm2。稳定数小时后，漏电流将降至2-5uA/cm2，数周后，电池内部的漏电流将降至1uA/cm2以下。但是，由于制造缺陷和电解质杂质等因素，某些锂离子电池的泄漏电流将继续很高。一旦它们进入组合，单个电池之间的电压偏差将太大，这将影响电池组的性能。为了保证电池的一致性，这部分电池需要通过筛选来消除。

为了压缩形成时间，首先以较大的电流 (1C) 将锂离子电池充电至3.9V，然后以3.9-4.2V范围内的C/5速率对锂离子电池进行充放电，后将电池放电至3.0V。与0.05C速率下的三个循环相比，该系统下电池的形成时间仅为14h，形成速度提高了8.5倍。以这种方式，尽管形成时间被大大压缩，但电池的容量降低了，并且快速性使电池的容量降低了13%。如果我们将用于在低电压范围内快速充电的电流降低到0.2C或0.33C，则与0.05C相比，电池的正极的比容量将降低12 mAh/g(7%)。

一些先进的电池技术，例如原子层沉积技术 (ALD)，使进一步的压缩润湿和形成时间成为可能。研究表明，通过在正负极材料表面添加原子层沉积层，甚至直接采用原子层沉积技术，可以将形成时间进一步压缩至10h以下正极和负极指示SEI薄膜的形成，取代了传统的SEI薄膜，从而进一步减少了锂离子电池的化成所需时间。

研究表明，高电位相的负极使用较大的电流，在较低电位下使用较小的电流进行形成，可有效压缩成时间，该方法在形成相时可部分形成SEI薄膜，终完成SEI薄膜在锂离子电池使用过程中的构建，对终锂离子电池循环性能无显著影响。

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