预处理工艺对磷酸铁锂离子电池性能有什么影响？

一、实验

1电池制作

以磷酸铁锂为正极材料、石墨为负极材料，与粘结剂、导电剂、溶剂按照一定比例混合成正负极浆料，然后分别均匀涂覆在铝箔和铜箔表面上烘干，经过碾压、裁切、烘干，制成实验所需极片。极片经卷绕、装配、注液、预处理、封口等，制作出方形磷酸铁锂动力锂电池，标称容量为20ah。

2预化成流程与化成流程

预化成流程如表1，表2所示

化成流程如表3，表4所示。

3测试设备

所有电性能测试均采用arbinbt2000电池测试系统进行测试。高温存储使用mtl－02s恒温箱进行控温。

二、结果与讨论

本实验是建立在电池内部水分较高的情况下进行的。关于电池容量较大的磷酸铁锂动力锂电池，当内部水分较高时，极易造成金属锂析出，影响电池的容量发挥，甚至出现死区。此外，电池内部的水分还会与锂盐（六氟磷酸锂）反应生成氟化氢（hf）。由于hf腐蚀性较高，对电池内部正负极都将出现一定的副用途，必将影响电池的循环寿命。在此情况下考虑采取不同的预处理流程、高温存储等方法排除水分。

1预处理流程的影响

考虑改变预处理参数以达到反应进行完全、排除多余水分及气体的目的。两种预处理流程见表1和表2，不同预处理流程后电池的充电、放电容量、内阻和厚度测试结果见表5。从表5可见流程1的平均放电容量为20．700ah，大于流程2的平均放电容量20．684ah。两种处理流程对电池内阻基本无影响。在化成电压为3．65v时，预处理流程对电池厚度无影响。当化成电压升至3．9v后，流程1的电池厚度为28．34mm，明显低于流程2的28．51mm，由此说明新增预处理时间对排除电池内部气体并无优势。

综合考虑放电容量、内阻、厚度三方面考察因素，流程1优于流程2，说明延长预处理时间并未达到预期的效果。

2高温存储的影响

由于lipf6与水的反应速率随温度升高而加快，锂盐的分解将出现hf气体，造成电池鼓胀、循环寿命衰减。在预处理后，新增45℃高温存储8h，以达到加快反应进行，去除电池内部多余水分的目的。在预处理流程1处理后，考察高温存储对电池充电、放电容量、内阻和厚度影响的测试结果见表6。

从表6可见，没有高温处理的平均放电容量为20．700ah，大于高温存储8h后的平均放电容量20．623ah。电池内阻在高温静置8h后略有升高，可能是由于高温静置加速反应进行，造成电极表面成膜较厚。在没有进行高温静置处理时电池平均厚度为28．38mm，高温静置8h处理后电池厚度为28．62mm，说明高温静置确实可以加速水分与锂盐的反应，出现更多的hf，有利于水分的消耗，但反应后的气体无法较好地排出，仍滞留于电池内部，造成电池鼓胀。

3化成截止电压的影响

通过调整化成电压，防止由于水分带来的负极片死区及析锂现象，尽可能减少不可逆容量损失。电池化成解剖后负极片形貌见图1，不同实验条件及极片状态汇总见表7。

从实验结果可知，新增高温存储后，极片均存在大量析锂的现象，这将造成锂的大量损失，影响电池的各项性能。在不新增高温存储工序的四组实验中，由于电池内部水分的影响，在3．65v化成截止电压条件下，虽然可以防止析锂现象，但均存在少量的死区，影响了电池的容量发挥。在3．9v化成截止电压条件下，采用预化成流程1时，极片状态最好，无死区及析锂现象，而采用预化成流程2后，负极片上存在少量析锂。综合分析后可知，预化成流程1、无高温存储、化成截止电压为3．9v时极片状态最好。