鋰離子電池生產工序復雜，其中化成是鋰離子電池生產的關鍵的工序之一，它對鋰離子電池性能的影響至關重要。

鋰離子電池的化成是注液陳化后的電池第一次充電的過程，是電芯的活性物質激活的過程，其最實質性的內容是形成SEI膜的過程(即首次充電時，Li ^+^ 第一次從正極活性材料中脫嵌，第一次到達負極石墨一側，將在負極與電解液的相界面上形成覆蓋在負極表面的鈍化薄層)。SEI膜在穩定電極活性材料、防止電解液持續不斷的與活性物質發生不可逆化學反應方面起著至關重要的作用；穩定的SEI膜可保證鋰離子電池能夠多次充放電工作并保持良好的電化學性能。

但是SEI膜的形成過程非常復雜，影響因素較多，其中，化成工藝直接影響SEI膜的成膜質量，決定了電芯的電性能。通常認為化成時小電流有助于SEI的形成，但小電流化成用時較長，會降低企業的生產效率，增加生產成本，因此，為提高企業的生產效率，提升產品品質，需探究一種高效的化成工藝。本文通過調控充電電流和電壓，研究不同化成工藝對電芯循

環和倍率性能的影響。

1實驗

1.118650電池制作

本實驗采用倍率型三元材料作為正極主要材料，與粘結劑、導電劑、溶劑N-甲基吡咯烷酮(NMP)按照一定的比例進行混合制漿；負極活性材料采用石墨，與導電劑、SBR、粘結劑CMC、調節水溶劑按照一定的比例進行混合制漿；然后經過涂布、輥壓、分切、烘烤、卷繞、組裝、注液、封口、化成、分容等工序制造出標稱容量為2000mAh的高功率型圓柱鋰離子單體電池。

電池化成前，將注液封口后的單體電池進行高溫陳化，加速電解液擴散，使正負極活性材料和電解液充分浸潤。本文設計了3種化成方式，驗證了不同化成工藝對電芯性能的影響，具體工藝參數如表1所示。

1.2電性能測試設備及測試方法

采用LIP-5V256BK-6A圓柱形鋰電池充放電設備對高溫陳化后的單體電池進行化成；采用Arbin15759A型充放電儀對電池進行循環性能測試采用Land30A5V型充放電儀對電池進行倍率性能測試；采用DGBELLBE-TH高低溫交變試驗箱對電池進行高低溫性能測試；采用Solartor1255B頻譜分析儀、SolartorSI1287電化學界面測試系統、Ziew2.1a交流阻抗分析軟件對電池進行交流阻抗測試。

1.2.1直流內阻測試

第1步：25±2℃下，第i顆以4A恒流恒壓充電至4.2V，截止電流0.1A，靜置1h，10A放電至2.5V，獲得電芯的容量初始容量CAPi第2步：電池室溫下以4A恒流恒壓充電至4.2V，截止電流0.1A，靜置1h，靜置時最后1s電壓值記為Ui1；第3步：10A放電1s，放電最后0.1s電壓記為Ui2，靜置5min，測試得到100%SOC的直流內阻；第4步：10A放出10%CAPi的容量靜置1h再10A放電1s靜置5min測試得到90%SOC的直流內阻；重復第4步直至測試得到10%SOC的放電直流內阻。直流內阻計算公式：

1.2.2電化學阻抗EIS測試

通過交流阻抗儀測量電池在25±2℃下的阻抗

1.2.3倍率放電性能測試

25±2℃下，以4A恒流恒壓充電至4.2V，截止電流0.1A，靜置10min；分別以10A、20A、30A放電至2.5V，以10A放電容量為基準值20A或30A放電容量/基準值的比值乘以100%為電池在該倍率下的倍率性能。

1.2.4高低溫放電性能測試

25±2℃下存放3h，以4A恒流恒壓充電至4.2V，截止電流0.1A，分別于25±2℃、60±2℃、0±2℃和-20±2℃下存放3h后，在該溫度下以10A放電至2.5V；以25±2℃放電容量為基準值，60±2℃、0±2℃、和-20±2℃放電容量/基準值的比值乘以100%為電池在該溫度下的放電性能。

1.2.5高溫存儲性能測試

25±2℃下，以4A恒流恒壓充電至4.2V，截止電流0.1A，靜置10min，以10A放電至2.5V獲得初始容量；4A恒流恒壓充電至4.2V，截止電流0.1A，60±2℃存儲30天，10A放電至2.5V獲得剩余容量，4A恒流恒壓充電至4.2V，截止電流0.1A，靜置10min，10A放電至2.5V獲得恢復容量。

1.2.6常溫循環性能測試

室溫下以4A恒流恒壓充電至4.2V，截止電流0.1A，靜置

10min，以20A放電至2.5V或75℃停止，靜置30min進行下一個循環。

2結果與討論

2.1化成時間

選取260pcs待化成電池均分為A、B、C、D組，每組65pcs，分別按設定的工藝進行化成，各方案化成總用時見表2，各方案化成用時B＜A＜C＜D，通過數據對比，方案A、B、C方案均可縮短化成時間，提高生產效率。

2.2直流內阻測試

通過調控電池放電容量測試不同SOC態電池的直流內阻，結果如圖1所示：不同化成工藝，電池直流內阻隨SOC的變化趨勢相同：在10%~50%SOC區間，直流內阻隨著SOC的增加逐漸降低，在50%~100%SOC區間，隨著SOC的增加，直流內阻趨于平穩； 相同SOC態，各方案直流內阻差異不大，說明不同化成工藝對電芯直流內阻影響不大。

2.3EIS測試

在25±2℃環境下，測試電池滿電狀態的EIS。 由圖2可知，消除Rs的影響后，各方案Rct對比為：C＜A＜D＜B，這是由于電池化成時，內部極化隨著充電電流的增大而增大，不同實驗方案的充電電流大小不同引起的電芯內部極化差異，從而導致各方案的電荷傳遞阻力不同。

2.4倍率放電性能測試

為研究不同化成工藝對鋰離子電池倍率性能的影響，選取3pcs電池進行放電倍率測試，容量保持率均值結果如表3所示，20A放電容量保持率B＜C＜A＜D，30A放電容量保持率B＜D＜C＜A，綜合比較A方案倍放性能最優。 這可能是與不同化成電流導致的石墨顆粒表面形成的SEI膜的質量有關。 SEI膜成膜初期，采用0.1C或者0.15C小電流化成時，易生成有機鋰鹽組分，可保證SEI膜的韌性，成膜后期增大充電電流至0.3C，易生成無機鋰鹽組分，可保證SEI膜的致密型，最終形成結構穩定的SEI膜。 致密穩定的SEI膜可以保證在大倍率放電時，有效抵抗鋰離子大量快速脫出時對SEI膜造成的沖擊，減少副反應的發生，從而減少活性物質損失。 由倍率性能數據可得出，A方案化成電流生成的SEI膜質量優于其他方案。

2.5高低溫放電性能測試

為研究不同化成工藝對鋰離子電池性能的影響，選取3pcs電池進行高低溫放電測試，不同溫度下各方案的容量保持率均值見表4。 各方案電池-20℃和0℃低溫放電性能差異不大，60℃高溫放電性能A方案較優，C方案次之，B、D方案稍差。 電池高溫狀態下，正負極材料表面的SEI膜會發生重組，電解液等在高溫條件下發生的副反應也會加劇，從而導致活性鋰量的減少。 A方案穩定的SEI膜在高溫下不易被破壞，可以減少電解液等副反應的發生，減少活性鋰量的損失，從而表現出較好的高溫放電性能。

在25±2℃環境下，測試電池滿電狀態的EIS。 由圖2可知，消除Rs的影響后，各方案Rct對比為：C＜A＜D＜B，這是由于電池化成時，內部極化隨著充電電流的增大而增大，不同實驗方案的充電電流大小不同引起的電芯內部極化差異，從而導致各方案的電荷傳遞阻力不同。

2.6高溫存儲性能測試

對不同化成工藝的電池各方案選取10pcs進行60±2℃存儲30天的測試，表5是各方案電池60℃存儲30天后電池的壓降數據和容量數據對比，此處數據為10個電芯平均值。

可以看出，在電壓降方面，A、C、D方案電池經過高溫存儲后電壓降相近，優于B方案。 在容量保持和容量恢復方面：D＜B＜C＜A。 由此也可以說明A方案化成的電池SEI膜的成膜質量優于其他方案，在高溫存儲過程中，SEI膜重組時消耗的鋰相對較少，容量損失少。

2.7常溫循環性能測試

電池的循環壽命是評價電池性能好壞的重要指標，為對比不同化成工藝下電池的循環性能差異，常溫(25±2℃)條件下對不同化成方案電池進行4A充電、20A放電循環測試，結果見圖3。 由圖3可知，A方案化成的電池大倍率充放電循環600周容量保持率最好，為75.9%，其次是C方案，容量保持率為62.8%，B、D方案容量保持率最差。 這可能是因為使用A方案化成的電池的SEI膜結構更穩定，電池在循環過程中，SEI膜不斷破壞和重新生成過程造成的不可逆鋰損失較小，從而導致容量衰減相對較小，實現較好的容量保持率。

3結論

本文研究了4種不同化成工藝對電池性能的影響，通過實驗數據對比發現：

(1)兩步法階梯充電可以縮短化成時間，提高生產效率；

(2)第一步0.15C小電流+第二步0.3C大電流的化成方法，有利于負極表面形成更為結構更為致密穩定的SEI膜，從而提高電池的高溫放電性能、大倍率放電性能和循環性能。 在縮短化成時間的同時提高電池電性能。

審核編輯：湯梓紅