化成原理
-三角插图片
为什么要化成？
电
池制造后，
通过一定的充放电方式将其内部正负极物质激活，
改
善电池的充放电性能及自
放电、储存等综合性能的过程称为化成
.
什么是化成？
锂电芯
的化成是电池的初使化
,
使电芯的活性物质激活，即是一个能量
转换的过程。
< br>锂电芯的化成是一个非常复杂的过程，同时也是影响电池性能很重要的一道工序，
因为在
Li+
第一次充电时，
Li+<
/p>
第一次插入到石墨中，会在电池内发生电化学反应
,
在
电池首次充电过程中不可避免地要在碳负极与电解液的相界面上、形成覆
盖在碳电
极表面的钝化薄层，人们称之为固体电解质相界面或称
SEI
膜
(SOLID
ELECTROLYTE
INTERFACE
）
。
SEI
膜
的形成一方面消耗了电池中有限的锂离子，
这就需要使用更多的含锂正极极料
来补偿初次充电过程中的锂消耗
;
另一方面也增
加了电极
/
电解液界面的电阻造成
一定
的电压滞后。
化成原理
SEI
膜形成机制
⑴在一定的负极电位下，电极
/
电解液相界面的锂离子与电解液中的溶剂分子等发生不可逆
反应；<
/p>
⑵
不可逆反应主要发生在电池首次充电过程中；
⑶
电极表面完全被
< br>SEI
膜覆盖后，不可逆反应即停止；
⑷
一旦形成稳定的
< br>SEI
膜，充放电过程可多次循环进行
SEI
膜组成成分
正极确
实也有层膜形成
,
只是现阶段认为其对电池的影响要远远小于负
极表面的
SEI
膜
,
< br>因此本文着重讨论负极表面的
SEI
膜（以下所出现
SEI
膜未加说明则均指在负极
形成的）<
/p>
。
负极材料石墨与电解液界面上通过界面反应能生成
SEI
膜
,
多种分析方法也证明
SEI
膜确实
存在
,
厚度约为
100
～
120nm
,
其组成主要有各种无机成分如
Li2CO3
、
LiF
、
Li2O
、
LiOH
等和各种有机成分如
ROCO2Li
、
ROLi
、
(ROCO2Li) 2
等。
烷基碳酸锂和
Li2CO3
均为
3.5V
前形成
SEI
膜的主要成分
烷基碳酸锂和烷氧基锂为
3.5V<
/p>
后形成
SEI
膜的主要成分。
化成气体产生与电压关系
化成过程中其产气总量于电压
3.0V
处最大<
/p>
,
而当化成电压大于
3.5V
后
,
则产生的气体就迅速
减少
.
化成电压小于
2.5V
时
,
产生的气体主要为
H2
和
CO2
等
;
随着化成电压的升高
,
在
3.0V~3.8V
的范围内
,
气体的组成主要是
C2H4,
超出
3.8V
以后
,C2H4
含量显著
下降
,
此时产生的
气体成分主要为
C2H6
和
CH4.
其中
,3.0V~3.5V
之间为
SEI
层的主要形成电压区间
.
而在这一电压区间
,
产生的气体组分主
要为
C2H4.
因此可以认为
,
这时
SEI
层的形成机理主要是电解
液溶剂中
EC
的还原分解
.
化成产生气体分类
化成产生气体成分比较
化成产生气体的原因及机理
当电池电解液采用
1mol/L LiPF6-EC~DMC~
EMC(
三者体积比
1
：
1
：
1)
化成电压小于
2.5V
下
,
产<
/p>
生的气体主要为
H2
和
< br>CO2
等
;
化成电压为
2.5V
时
,
电解液中
的
EC
开始分解
,
电压
3.0~3.5V
的
范围内<
/p>
,
由于
EC
的还
原分解
,
产生的气体主要为
C2H4;
而当电压大于
3.0V
时
,
由于电解液中