电池化成工艺流程及化成参数对化成效果的影响分析
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锂离子电池化成过程中SEI膜的形成过程，具体而言包括如下四个步骤： 步骤①：电子由集流体-导电剂-石墨颗粒内部传递到待形成SEI膜的A点； 步骤②：溶剂化的锂离子在溶剂的包裹下，从正极扩散至正在生成的SEI膜表层的B点； 步骤③：A点的电子通过电子隧道效应扩散至B点； 步骤④：跃迁至B点的电子与锂盐、溶剂化锂离子、成膜剂等反应，在原有SEI膜表层继续生成SEI膜，从而使得石墨颗粒表层SEI膜厚度不断增加，最终形成完整的SEI膜。 由此可见，SEI形成的整体反应过程，可具体分解为上述四个分步反应来描述，四个分步反应过程，即决定了整个SEI膜的成膜过程。 步骤①：电子由集流体-导电剂-石墨颗粒内部传递到待形成SEI膜的A点。 到达A点的电子数量，将由化成时使用的电流、电流在正负极之间分布均匀性共同决定：化成电流越大，通过电极片a点的电流越大；当正负极电极片之间不平整时，相距近的点(a)，电流更大；电极a点电流增大时，通过a点处活性物质颗粒的电流将更大，即单位时间内到达A点的电子数将增多，因此将使得A点处发生的成膜反应发生变化(如上篇文章所述：即大量的电子聚集于石墨颗粒表面，更容易与成膜剂、锂离子发生双电子反应过程)。 步骤②：溶剂化的锂离子在溶剂的包裹下，从正极扩散至正在生成的SEI膜表层的B点：在电解液成分不变的情况下，升高温度，电解液粘度将降低，成膜剂、溶剂化锂离子在电解液中传输阻力将降低；同时温度升高时，电解液的电导率将提高(如下图所示，为某款电解液在不同温度下的粘度及导电率)，以上过程都将使得单位时间内，有更多的成膜剂及溶剂化锂离子到达活性物质颗粒表面的B点，从而影响B点的成膜反应过程(如上篇文章所述：即相对更少的电子(因为此时成膜剂、溶剂化锂离子更多)聚集于石墨颗粒表面，更容易与成膜剂、锂离子发生单电子反应过程)。 步骤③：A点的电子通过电子隧道效应扩散至B点；此过程的速度，必定与已经形成的SEI膜的结构及组成有关：SEI膜越致密、有机组份比例越高，阻隔电子的效应越强，电子穿过相同距离的阻力越大。此时形成的SEI膜厚度会更小，不可逆反应的总量越低，电池的首次效率越高。 步骤④：跃迁至B点的电子与锂盐、溶剂化锂离子、成膜剂等反应，在原有SEI膜表层继续生成SEI膜，从而使得石墨颗粒表层SEI膜厚度不断增加，最终形成完整的SEI膜。次过程即自由碰撞、结合反应过程，温度越高，分子运动越快，发生碰撞的概率越高，反应速度越高，该步骤的阻力越小。 以上分析，详细阐述了各工艺参数对化成过程、SEI膜成膜的具体影响： 1.化成电流大小及电流在电极片上分布的均匀性，将对SEI膜具体成分产生影响； 2.化成温度将对SEI膜的结构及组成产生影响。 那么，应该如何选择化成工艺参数呢？ |
