《表1 锂离子电池针对基本的电极加工情况对应的成本分布(估价每千瓦时可用能量假设为70%的循环放电深度)[7]》

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《锂离子电池化成技术研究进展》

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除了电池材料性质对电极浸润性的影响，目前大部分生产商使用的化成/老化工艺并不一致，技术参数包括温度、外部机械压力、充放电电流、充放电电压、荷电态等，其中充电方法包括传统的恒流充电、恒压充电，目前常用的阶梯充电化成和高温压力化成以及最新报道的“大倍率充电+高电压浅循环”。充电方法中，恒流充电一般通过初始的小电流充电到后期的较大电流充电，该方法时间长，资源浪费严重。恒压充电初始电流较大，后逐渐降低直至充电完毕，电流为零，该方法耗时少，但较难控制，充电电压选择不当则会对电池造成影响[25]。现有技术阶梯式充电化成通过抽真空分次注入电解液、封口，对其进行小电流阶梯式充电活化，外加间歇脉冲放电，该方法虽然能够缩短化成时间，但也可能造成电化学反应不完全。高温压力化成方式通过将电芯装夹在夹具柜内，加热化成夹具，电芯搁置完成后进行恒流充电，并加压对电芯内部产生的气体进行挤出，可调节温度及所施加压力，完成化成过程。该方式通过温度、外部机械压力和充放电电流同时可控的优势加强了锂离子电池化成效果，缩短了化成时间，但成本较高。因此，需要进一步开发新型的化成方式，节省时间成本、提高电池性能。鉴于化成对电池生产成本的重要性，Wood等[7]对电极浸润和化成过程的成本进行统计。他们认为在工业上，这两个过程需要1.5～3周的时间，将会产生一个难以接受的加工瓶颈和生产成本。典型的化成过程需要始于一个室温2～3 d的浸润工序，接着第1次充放电（一个非常低的充放电倍率如0.05 C/-0.05 C），紧接着另一个1～2 d的浸润工序；随后一个稍快的充放电（如0.1 C/-0.1 C）和一个高温（50～60℃）浸润工序；第3个更快的化成充放电（约0.25 C/-0.25 C）。这些化成循环经常在高温下进行，加上漫长的周期大大增加了电池生产成本。文章通过对化成过程的每个环节进行成本统计，结果见表1，每千瓦时的能量需要22.6美元的化成成本，占了电池总制造成本的6.4%，可见化成工序在电池生产中的重要性。如果利用科学高效的化成技术把化成时间缩短60%～75%，那么每千瓦时能节省13.6～17美元。