技术丨关于锂电池化成-老化工艺的分析与总结

 锂离子电池的生产制造，是由一个个工艺步骤严密联络起来的过程。整体来说，锂电池的生产包括极片制造工艺、电池组装工艺以及最后的注液、封口、化成、老化工艺。在这三个阶段的工艺中，每道工序又可分为数道关键工艺，每一步都会对电池最后的性能形成很大的影响。
      在极片制造工艺阶段，可细分为浆料制备、浆料涂覆、极片辊压、极片分切、极片干燥五道工艺。在电池组装工艺，又根据电池规格型号的不同，大致分为卷绕、入壳、焊接等工艺。组装完成后的注液工艺又包括注液、封口。最后是电池的化成、老化、分容三步工艺。在电池制作完成后，需要对电池进行初次预激活和稳定化，也就是最后的化成-老化-分容工序。

一、化成

      关于化成（Pre-formation）的概念，就是对制造出来的锂离子电池进行一次小电流的充放电。在锂电池制作完成后，需要对电池进行小电流的充放电。关于预充电的目的，主要是两个：
      1、电池制作完成后，电极材料并不是处在最佳适用状态，或者物理性质不合适（例如颗粒太大，接触不紧密等），或者物相本身不对（例如一些合金机理的金属氧化物负极），需要进行首次充放电对其激活。
      2、在锂电池进行第一次充电过程中，Li+从正极活物质中脱出，经过电解液-隔膜-电解液后，嵌入负极石墨材料层间。在此过程中，电子沿着外围电路从正极迁移到负极。此时，由于锂离子嵌入石墨负极电位较低电子会先与电解液反应生成SEI膜和部分气体。
      在此过程中会产生部分气体产生同时伴随少量电解液的消耗，有些电池厂家会在此过程后进行电池排气和补液的操作，尤其是对于 LTO电池来说，会产生大量的气体造成电池鼓包厚度超过10%。对于石墨负极来说，产气量较少，不必要进行排气的操作，这是因为在第一次充电过程中产生的SEI膜阻碍了电子与电解液的进一步反应，不再产生气体。这也就是石墨体系电池不可逆容量的来源，虽然造成了不可逆容量损失，但是也成就了电池的稳定。

二、老化

      老化一般就是指电池装配注液完成后第一次充电化成后的放置，可以有常温老化也可有高温老化，两者作用都是使初次充电化成后形成的SEI膜性质和组成更加稳定，保证电池电化学性能的稳定性。老化的目的主要有三个：
      1、电池经过预化成工序后，电池内部石墨负极会形成一定的量的SEI膜，但是这个膜结构紧密且孔隙小，将电池在高温下进行老化，将有助于SEI结构重组，形成宽松多孔的膜。
      2、化成后电池的电压处于不稳定的阶段，其电压略高于真实电压，老化的目的就是让其电压更准确稳定。
      3、将电池置于高温或常温下一段时间，可以保证电解液能够对极片进行充分的浸润，有利于电池性能的稳定。
      电池的化成-老化工艺是必不可少的，在实际生产中根据电池的材料体系和结构体系选择电池充放电工艺，但是电池的化成必须在小电流的条件下充放电。经过这两步关键工艺后，再对稳定下来的电池进行分容，经过包装等工序后就可以出场了。