一种利用交流阻抗测试优化化成工步的方法技术

本发明专利技术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。

A method of optimization of chemical process step by AC impedance test

【技术实现步骤摘要】
一种利用交流阻抗测试优化化成工步的方法
本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种利用交流阻抗测试优化化成工步的方法。
技术介绍
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ZRe为阻抗的实部，纵坐标ZIm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Rb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Rsei//Csei并联电路表示，其中，Rsei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Rct//Cdl并联电路表示，Rct为电荷传递电阻，或称为电化学反应电阻，Cdl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。CN106299476A公开了一种锂离子电池的化成方法，包括步骤：获取预设电压值；将锂离子电池以预设电压值为起始电压进行过充测试；判断锂离子电池是否通过过充测试；及若通过过充测试，则以预设电压值为锂离子电池的充电上限电压进行化成；若没有通过过充测试，则重新获取预设电压值进行上述过充测试，直到通过过充测试，以此时获取的预设电压值为锂离子电池的充电上限电压进行化成。上述锂离子电池的化成方法，适当降低预设电压值，使锂离子电池快速通过过充测试，从而得到锂离子电池合适的充电上限电压对锂离子电池进行化成。上述文献中的化成方法，对于首次充电的小电流大小以及充电时间没有明确定义，不能具体判断成膜的状态，不具针对性。因此，如何优化化成工艺，根据不同的体系确定具有针对性的化成电流和时间，提高SEI成膜质量和化成效率，进而提高电池的整体性能，成为目前亟待解决的问题。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种利用交流阻抗测试优化化成工步的方法，所述方法根据具体的电池体系，确定具有针对性的化成电流和时间，从而优化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，具有较高的应用价值。为达此目的，本专利技术提供以下的技术方案：本专利技术提供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的化成工步。本专利技术提供的利用交流阻抗测试优化化成工步的方法，通过测试化成后的电芯的交流阻抗，所述交流阻抗图谱的高频区出现了圆弧，即为形成了SEI膜，通过界面阻抗的成弧状态来判断SEI膜的成膜状态，从交流阻抗图谱中获取电芯交流阻抗特征与化成电流和化成时间的对应关系，交流阻抗图谱中出现SEI膜阻抗的电芯，其SEI成膜状态好，反之成膜状态差；SEI成膜状态好的电芯对应的化成电流和化成时间即为所述电芯优化的化成工步；所述化成工步优化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，采用交流阻抗测试技术评价电芯SEI成膜状态的方法，普适性强，不用深入探究SEI膜的成膜机理；针对性强，可确定不同电芯体系具体的化成电流和时间；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。优选地，步骤(1)所述的电芯的数量≥3，例如可以是3、4、5、6、7或8等，优选为3-6。优选地，步骤(1)所述的电流为0.1-1C，例如可以是0.1C、0.15C、0.2C、0.5C、0.8C或1C等，优选为0.15-0.6C；若所述电流小于0.1C，所需成膜时间成，成膜阻抗大；电流大于1C，成膜质量差。优选地，步骤(1)所述的充电的方式包括恒流恒压充电，所述恒压设置的电压为电芯的限制电压。优选地，步骤(1)所述的充电的时间为1-15min，例如可以是1min、2min、3min、5min、10min、12min或15min等，优选为1-12min；若所述时间短于1min，不能充分成膜，成膜质量差；时间长于15min，成膜阻抗会增大。优选地，步骤(1)所述的化成的温度为75-85℃，例如可以是75℃、78℃、80℃、82℃或85℃等。优选地，步骤(1)所述化成的压力为350-450kg/pcs，例如可以是350kg/pcs、380kg/pcs、400kg/pcs、420kg/pcs或450kg/pcs等。优选地，步骤(2)还包括在交流阻抗测试之前，电芯降温至18-25℃，例如可以是18℃、20℃、22℃或25℃等。优选地，步骤(2)所述的交流阻抗测试的交流信号幅值为1-10mV，例如可以是1mV、2mV、3mV、5mV、8mV或10mV等，所述交流信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用交流阻抗测试优化化成工步的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n(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；/n(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。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用交流阻抗测试优化化成工步的方法，其特征在于，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。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的电芯的数量≥3，优选为3-6；
优选地，步骤(1)所述的电流为0.1-1C，优选为0.15-0.6C；
优选地，步骤(1)所述的充电的方式包括恒流恒压充电；
优选地，步骤(1)所述的充电的时间为1-15min，优选为1-12min。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的化成的温度为75-85℃；
优选地，步骤(1)所述化成的压力为350-450kg/pcs。


4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)还包括在交流阻抗测试之前，电芯降温至18-25℃；
优选地，步骤(2)所述的交流阻抗测试的交流信号幅值为1-10mV；
优选地，步骤(2)所述的交流阻抗测试的频率为100kHz-0.001Hz。


5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述的圆弧为交流阻抗图谱中高频区的非直线状态的部分；
优选地，步骤(2)还包括：根据交流阻抗图谱，作出SEI膜阻抗随化成时间的曲线，根据SEI膜阻抗变化趋势对电芯中SEI成膜状态进行预估，选择出已形成SEI膜，和/或SEI成膜阻抗最小的电芯，所述电芯对应的化成工步即为最优的化成工步。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述SEI膜阻抗变化趋势为所述圆弧的弧度越接近标准半圆时，成膜状态越好，SEI膜阻抗会逐渐增大；在相同成膜弧度状态下，优选SEI膜阻抗小的化成工步。


7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据阻抗谱构建模拟等效电路图，所述电路图由欧姆阻抗、界面阻抗、电化学阻抗以及扩散阻抗串联组成。


8.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：付奥，张爱莲，葛鸽，孙梦婷，朱坤庆，计阳，夏小勇，陶德瑜，
申请(专利权)人：东莞维科电池有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44