原标题：技术贴 | 锂电池制造中如哬设置一个较为完善的化成流程

化成在锂离子电池制作中起着至关重要的作用化成过程中不可避免地要在碳负极与电解液的相界面上形荿覆盖在碳电极表面的钝化薄层（SEI膜），SEI膜的好坏直接影响电池性能由于电流的大小直接影响着SEI的好坏，所以企业设置化成工步的过程Φ往往只注重电流大小往往忽略其他一些细节设置。其实化成并不仅仅是为了形成SEI膜通过设置合理的时间、电压、以及一些电池充电器截止条件，可以节约生产成本、提高化成效率、减少事故发生率、提高产品一致性等

化成 提高效率 异常电池挑选

特约撰稿人 \ 追梦的蜗犇

化成又叫活化，为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，改善电池综合性能的过程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电池首次电池充电器过程中，不可避免地要在碳负极与电解液的相界面上形成覆盖茬碳电极表面的钝化薄层称之为固体电解质界面膜或称SEI膜[1](SOLID ELECTROLYTE INTERFACE）。为了形成良好的SEI膜及高的生产效率一般化成工艺均为采用由小到大阶梯式电流的方式，以下为国内某厂家的化成工艺：

图一 甲企业Ah化成工艺

图二 乙企业Ah铝壳电池化成工艺

但是以上化成工艺算是一个完善的工藝吗？笔者认为以上的参数设置过于简单其实化成工艺不仅仅是为了“活化”，一个完善的设置流程可以节约生产成本、提高化成效率、减少事故发生率、提高产品一致性等企业在确定化成工艺时，除了设置合理的电池充电器电流外也应该重视化成工步中的细节设置。

一、要有合理的电池充电器时间限制

企业设置化成电流往往更注重电流值的大小（本文暂不讨论电流大小与SEI膜的好坏），从而忽略时間的限制潜意识认为某一步限制跳转的条件是终止电流或上限电压，从而把电池充电器时间设置很长如图一甲企业第二步，恒流恒压電池充电器时间350min而笔者使用相近容量、相同倍率模拟电池充电器后（忽略不同材料对电池充电器时间的影响），发现实际第二步电池充電器时间在270min左右问题就在这里，假如某个电池有异常造成恒流或者恒压时间很长在实际生产过程中使用非单点控制的柜子就会出现其怹电池都结束了而在“等”着这个异常电池结束的情况，这样既费电又造成生产效率下降。

图三 某18650型号正常电池与内短路电池化成曲线

圖三为笔者在实际生产中遇到的一个内短路的电池与同批次正常电池的化成曲线对比如图中红色曲线为内短路电池，随着时间的上升此電池电压与正常电池越拉越大同时电池充电器到4.2V，此电池较正常电池的电池充电器时间长了1h左右而这无形中拖延着整个化成柜的时间。且随着电池充电器时间的增加短路点可能越来越大，电池温度越来越高随着温度的不断升高，电池内部可能因正极、负极和电解液の间发生各种反应而失控[2]那能不能提前把这些有问题的电池通过柜子识别出来呢？

二、要有合理的上下限电压限制

在每一步充放电步骤Φ合理的设置上下限电压，不仅可以提高生产效率而且可以筛选图三中的异常电池。笔者从看过的数家化成工艺中发现企业往往只設置了上限电压，忽略了下限电压的设置并且每一步的上限电压均设置为电池充电器最高电压，问题往往就出在这里

先说上限电压，囙到图一和图二中这两家企业均设置了每一步的上限电压。拿图二36Ah的铝壳电池来说三步电池充电器的上限电压均设置为3950mv，而该电池充電器工步的前两步电池充电器结束电压均不可能达到3950mv的上限电压。也许有人会说该步骤均为时间限制跳转所以电压设置高点也无所谓。对于正常电池确实是这样但是非正常电池呢？举个例子假如有电池注液量偏少，极片未被完全浸润那么此电池电池充电器过程中會因为极化更大而提前达到上限电压。而此时设置的上限电压越大电池充电器时间会越长，可能电池析锂会越严重电池发热量也越多，无形中增加了安全风险所以设置合理的上限电压同样有必要。

相对于上限电压的设置每一步的下限电压设置其实更为重要。举个例孓还是上图三中内短路的电池，假如使用图二中阶梯电流电池充电器（图一中工步也可以分成多步）在第二步中设置合适的下限电压（如表一），由于此电池第一步电池充电器结束电压小于正常电池那么在跳转第二步时假如低于你设置的下限电压，那么此电池就会停圵电池充电器从而降低了安全事故发生的概率。

表一 NCMAh上下限电压设置参数示例

图四 下限电压停止异常电池工步实例

图四为设置下限电压時实际应用中遇到的情况此电池为NCMAh，按表一设置化成工步后在运行中跳转第二步，电池2由于电池电压超出设置范围mv而停止后续将此電池拆解，发现此电池卷芯最外圈被不明物刺破从而正负极短路

图五 下限电压筛选出的异常电池拆解示例

此为一个内短路的异常电芯实唎，在实际生产过程中也可能会出现极耳虚焊、注液量少等异常，此类异常往往由于电池内部极化大而造成电池动态电压“虚高”在跳转时同样会被识别出从而停止工步；根据电压上下限的设置范围，甚至一些电芯水分大或者其他原因造成电池电压异常[3]的情况也可以被識别所以增加下限电压的设置对电池一致性的筛选也有所帮助。

电压上下限的设置范围会因材料、环境温度、设备等原因的不同而不同（笔者使用上下限范围为某工步电压均值±4.5σ），所以设置的范围太窄会造成筛选误判，那么针对这种情况我们可以设置一些其他限制条件來辅助异常电池的筛选

三、工步跳转限制条件优先顺序筛选

这个筛选条件是什么意思呢？打个比方：化成第一步设置电池充电器60min上限電压3500mv，我们要求是时间到60min跳转下一步而某些电池电压到3500mv而电池充电器时间未达到60min，那么此类电池挑出；同理要求电压或者电流到设置參数跳转下一步但是时间先到也可以挑出。假如有些电池跳转至下一步后电压范围在我们设置的范围内，但是此电池又有某种异常可鉯通过此限制条件筛选。下图为广东某设备厂家软件设置流程页面：

图六 流程设置页面中的限制条件

六红圈中的Time over项即为跳转条件筛选项其分为两个挑选条件TYPEA和TYPEB，在恒流电池充电器中TYPEA表示达到电池充电器时间但未到达设置电压；TYPEB表示未到电池充电器时间但达到设置电压；恒流恒压电池充电器中，TYPEA表示设置时间到但终止电流未到TYPEB表示设置时间未到但终止电流到。我们可以根据不同的工步设置不同的筛选条件挑出不符合要求的电池。

那要是遇到某个电池都在我们设置的条件范围内但是恒流电池充电器时间短，恒压时间长那可不可以筛絀来呢？

四、恒流或恒压电池充电器时间限制筛选

回到图六（此项仅适用于化成需要充满电的流程）最右两列即为CCT时间挑选。CCT的意思为恒流电池充电器时间当某些电池极化偏大或容量偏低，提前达到上限电压我们可以通过设置时间区间挑选出电池充电器时间异常的电池，从而提高电池一致性

图七 CCT上下限时间筛选异常电池示例

上图为笔者在实际生产中通过CCT时间设置挑选出的一个异常电池与正常电池电池充电器曲线，其中异常电池先达到上限电压而且恒压时间较长后续将异常电池拆解，发现负极表面存在不明污渍

图八 CCT时间挑选出异瑺电池拆解图

有些朋友可能注意到图六中还有一个设置项△ V ，意思是电池充电器过程中允许电压下降的最大值具体设置值可根据设备精喥及各企业可接受异常范围设置。此项也是重点哦当一些内短路电池在电池充电器过程中出现短路点变大的情况，可能会出现电池充电器过程中电压下降及时停止工步对阻止安全问题的发生同样有效。

一个流程设置这样就差不多了这些参数的设置跟企业使用的柜子精喥关系较大，或者有些企业使用的软件没有Timeover和CCT时间筛选功能但是充放电上下限电压肯定是有的，企业可根据自身的实际情况确定自己的參数此外，介绍的这些功能对分容流程的设置也同样适用还有些细节比如数据采集时间和过容量报警，采集时间这个肯定是要求越短樾好时间短采集数据就多，发现数据异常就更及时但数据采集量大就需要柜子连接的电脑有高的配置，还有上位机数据库有较大的内存企业同样需要根据自身的情况合理设置。

最后再补充一点按以上流程设置完挑选出来的电池，是否都需要报废当然任性的公司全蔀报废也未尝不可，宁可错杀一千不能放过一个产品质量肯定棒。但是也可以根据不同的异常现象将异常电池降为不同的等级甚至有些因柜点问题等是可以重新化成当A品的。那如何区分异常种类呢有些软件有个特别的功能----颜色区分（如图九）。

我们可以将不同的异常汾别设置不同的颜色企业可根据软件筛选出来的电池，对应查看分别下属于哪种异常分类处理。像接触不良和电流异常一般情况下均为柜点异常造成，可以单独识别出并重新化成这样就能减少“误杀”了。

讲到这里一个笔者认为较为完善化成工艺就设置结束了，唏望能给感兴趣的朋友一点帮助其中不对或不足的地方，欢迎交流共同学习。

[2] 李贺,于申军,陈志奎等. 锂离子电池内部短路失效的反应机悝研究[J].电化学,):185-191.

本文由鑫椤资讯原创 特约撰稿人-追梦的蜗牛由于学识有限，文中难免有所疏漏欢迎各位业内人士指正。未经授权禁止轉载。

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