[发明专利]一种利用交流阻抗测试优化化成工步的方法

说明书

本发明涉及一种利用交流阻抗测试优化化成工步的方法。所述方法包括以下步骤：(1)取至少3个相同工艺制造的电芯，在不同的电流下，分别充电，进行化成；(2)对每个电芯进行交流阻抗测试，获得交流阻抗图谱，选择高频区出现圆弧的交流阻抗图谱，所述图谱对应的工步即为所述电芯优化的化成工步。所述方法可针对性的具体确定化成电流和时间，优化SEI膜成膜状态，极大的提高成膜质量和化成效率，提高电池的整体性能；所述方法，普适性强，不用深入探究SEI膜的成膜机理，属于无损测试，能够准确收集阻抗谱特性。此外，所述方法操作简单，所需时间短，效率高，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种利用交流阻抗测试优化化成工步的方法。

背景技术

现代社会中锂离子电池已经广泛应用于手机、笔记本电脑以及电动工具上。客户对锂离子电池的电池容量和循环安全性能要求也越来越高。采用现代化测试手段研究锂离子电池性能是降低电池成本、提高续航里程的重要实现形式。交流阻抗谱广泛应用于锂离子电池正负极材料分析、锂离子脱嵌动力学参数研究、界面反应等方面的研究，是分析锂离子电池性能的有力工具。综合现有技术的研究，锂离子电池典型的交流阻抗谱大致包含四部分，如图1所示(朱基亮，杜翀，何亮明，等。锂离子电池的热稳定性和大电流充放电稳定性研究。四川大学学报：工程科学版，2011，43(4):205-208)。

图1中，横坐标Z_Re为阻抗的实部，纵坐标Z_Im为阻抗的虚部。其他各部分含义如下：

第一部分为超高频区，与锂离子和电子通过电解液、多孔隔膜、导线、活性材料颗粒等输运有关的欧姆电阻，在EIS谱上表现为曲线与横轴相交部分，此过程可用一个电阻R_b表示；

第二部分为高频区，与锂离子通过活性材料颗粒表面绝缘层的扩散迁移有关的一个半圆，此过程可用一个R_sei//C_sei并联电路表示，其中，R_sei即为锂离子扩散迁移通过SEI膜的电阻；

第三部分为中频区，与电荷传递过程相关的一个半圆，此过程可用一个R_ct//C_dl并联电路表示，R_ct为电荷传递电阻，或称为电化学反应电阻，C_dl为双电层电容；

第四部分为低频区，与锂离子在活性材料颗粒内部的固体扩散过程相关的一条斜线，此过程可用一个描述扩散的Warburg阻抗W表示。

化成是锂离子电池制备过程中非常重要的一个环节，它起着承上启下的作用，它的作用是使锂离子电池在第一次充放电过程中，使电极材料与电解液固液界面发生反应形成一层固体电解质界面膜(SEI膜)。SEI膜的形成对锂离子电池的性能有着至关重要的影响。第一，SEI膜的形成能阻止电解液中溶剂分子共嵌入负极材料，可以极大提高电极材料的循环性能和使用寿命；第二，SEI膜只允许锂离子通过而禁止电子通过，既可以保证持续的摇椅式循环，又阻碍锂离子的进一步消耗，提高了电池的使用寿命。因此，SEI膜的成形是电池其它性能研究的基础。

目前，许多生产厂家和研究学者都采用的化成方法是先利用小电流密度进行首次充电，来达到充分成膜的目的，然后提高电流密度，以提高化成效率。CN103996876A一种锂离子电池化成方法以及制备方法。化成方法包括：采用预定的化成电流对锂离子电池进行恒流充电化成，至锂离子电池的电压达到3.0V-3.5V为止，化成电流不大于0.2C；垂直于锂离子电池的表面，压制锂离子电池的电芯体，保持电芯体被压制状态，从锂离子电池的气囊对锂离子电池进行抽气，抽出其中的气体，当抽气至预定程度时，保持抽气状态密封气囊上的抽气口，在密封时预留足够的气囊空间；继续对锂离子电池进行充电化成，至锂离子电池的电压达到3.90-3.95V为止，化成结束。应用该方法有利于提高锂离子电池的循环性能。