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锂离子电池化成分容工艺分析及设备能力提升

摘要：随着新能源的发展，尤其在电动汽车领域，对锂离子电池的安全，循环寿命及能量密度等要求越来越高，同时也对锂离子电池的研发提出了更高的要求。锂离子电池的化成分容是研发过程中关键的一环，对于各种研发试制的锂离子电池，化成分容工艺分析是提升电池性能的重要步骤。同时，设备能力的提升，可以满足多种锂离子电池的要求。目前市场上存在的化成分容设备控制精度低，且成本较高、设备单一，无法满足多种锂离子研发试制需求。针对以上问题，在化成分容工艺分析基础上，文章提出了兼容多种锂离子电池的设备，该设备主要由电源柜、结构柜、高温箱、通信网络、电脑上位机及软件、二维码追溯等组成。

关键词：新能源锂离子电池化成分容工艺分析设备能力

随着汽车行业的不断发展，以及人们交通多样化的需求增高，新能源迎来阔步前行的发展时代，其中，锂离子电池在其中的应用尤为突出[1]。锂离子电池不仅具有绿色环保、额定电压高等电池传统优点，还具有环境友好、总体质量轻、寿命较长、使用中没有记忆效应和自放电率低等自身突出优点[2]。锂离子电池的应用领域不仅仅在汽车行业，其在消费电子、可穿戴设备、电站储能电源系统、军事军用设备、不间断类型电源等方面也具有很大的作用。特别在新能源汽车领域，新能源汽车车型应接不暇，相应锂电产业供不应求，从2021年海内外需求共振放量到目前锂离子电池比能量持续增加[3]，都展现了锂电行业在当下能源转型中的重大推动作用。另外，锂离子电池的制作以及使用过程没有有害物质，所以使用锂离子电池对环境无污染，可以说是当下名副其实的“绿色能源”。

化成和分容是高质量锂离子电池生产过程中不可或缺的两部分[4]，是生产的重要工序。它们在锂离子电池的生产中起着不同的作用。化成工序的作用可分为两类，其一，可以生成钝化膜，这种钝化膜是在电极表面生成的。其二，化成工序在形成钝化膜的同时，可以使锂离子转化成为正常离子，这时的离子就是具有电化学作用的离子。化成之后就是分容工序，此工序的作用是对电池进行充放电的操作，这项操作对充电和放电的电压、电流的要求是极其严格的，并且这种操作是循环测量的，测量的数据包括电池的各项具体参数，最后再根据测量数据对电池进行配组。

锂离子电池的发展不仅在工业领域蓬勃发展，在学术研究方面，国内外的专家学者也不断探索，针对锂离子电池制造工艺中的化成分容进行进一步研究，发表了各种研究成果，对锂电发展具有高度参考和指导作用。韩阳[4]基于锂离子电池化成分容提出了一种优化的额锂离子多功能系统，可对锂离子电池的生产与研究进行有效跟进，该系统使用环形三级分布式的方案，应用在化成分容工序上，有效提高了系统的效率与实施性。张贤凯等人[5]也针对锂离子电池化成分容工序提出了一种优化的系统，该系统是为了预防火灾而设计的自动灭火系统，基于N-1230气体，可以快速响应、控制火灾的火势扩大。李永富等人[6]以团队的形式针对化成成分系统开发出了一种变频技术，该技术基于双向的交流和直流电流，并在其所在的公司生产上验证了化成分容工序设备的使用效率得到提高，生产的电池可以轻松达到70%以上的电能使用效率。AbdulMajid等人[7]通过密度泛函理论计算和分子动力学模拟，探讨了B4C3单层作为阳极材料的电化学可行性。根据B4C3的结构、电子、扩散、储存行为和锂化研究，得出了其最佳阳极性质，并且对锂原子的吸附位点进行了系统的探索。

本文提出了一种设备提升方案，该方案基于化成分容工艺分析基础之上，并且使用该方案的设备可兼容多种锂离子电池设备，主要由电源柜，结构柜，高温箱，通信网络，电脑上位机及软件，二维码追溯等组成。可满足目前市场上存在的化成分容设备的兼容性，以及可以有效解决设备控制精度低，且成本较高、设备单一，无法满足多种锂离子研发试制需求的难题。

1锂离子电池制作

锂离子电池在实际生产中是一个复杂且精细的过程[8]，涉及锂离子电池的各种组成成分、制作过程、使用设备等。其中有些步骤及其关键，影响着电池生产的质量，比如注液、化成、老化等等。

研究制造、提高锂离子电池的生产，首先要分析锂离子电池的主要组成成分以及这些成分的作用。锂离子电池的组成结构通常可以总结为四大类，分别是正极、负极、电解质和隔膜。第一，正极材料通常采用混合物，使用锂盐、导电剂和相应添加剂混合而成。负极材料一般会选择碳基材料。锂离子电池的正极和负极是锂离子电池至关重要的两个组成部分，它们扮演着不同的角色，负责各自的任务，正极主要起着储存作用以及可以释放能量，所以，通常也将锂离子电池的正极称为电池的储能部分。负极则主要起着电池的输出作用，故而也将负极称为锂离子电池的输出部分。第二，锂离子电池的电解质目前通常使用高氯酸锂、六氟磷酸锂等。其在锂离子电池中负责离子之间的传输。第三，锂离子