干货锂离子电池化成原理及注意事项
⼲货锂离⼦电池化成原理及注意事项
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。
•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+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
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•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；
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SEI膜覆盖后，不可逆反应即停⽌；
⑷⼀旦形成稳定的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，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）。
•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,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，产⽣的⽓体主要为H2和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，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DMC和EMC的分解，除了产⽣C2H4⽓外,CH4,C2H6等烷烃类⽓体也开始出现；电压⾼于3.8V后,DMC和EMC的还原分
解成为主反应.此外，当化成电压处3.0~3.5V之间，化成过程中产⽣的⽓体量最⼤；电压⼤于3.5V后，由于电池负极表⾯的SEI层已基本形成，因此，电解液溶剂的还原分解反应受抑制，产⽣的⽓体的数量也随之迅速下降。
电解液中主要的有机溶剂结构
EC为碳酸⼄烯酯；PC为碳酸丙烯酯；DEC为⼆⼄基碳酸酯；DMC为⼆甲基碳酸酯；DME为⼆甲氧基⼄烷；DOL为⼆氧戊烷； MEC为甲基⼄基碳酸酯
化成过程中的主要化学反应
•正极反应： LiCoO2=Li1-xCoO2+xLi++xe-
•负极反应： 6C+xLi++xe-=LixC6
•电池总反应： LiCoO2+6C=Li1-xCoO2+LixC6
•电压低于2.5V时 H2O+e→OH-+1/2H2 (g)
OH-+ Li+→ Li OH (s)
LiOH+Li++e→LiO(s)+1/2H2(g)
LiPF6→LiF+PF5
PF5+H2O→2HF+PF3O
LiCO3+2HF→LiF+H2CO3
H2CO3→H2O+CO2(g )
•SEI层形成过程中的主要反应：
EC+ e →EC·(EC⾃由基）
2EC·+2Li+→CH2=CH2 (g)+(CH2OCO2Li)2 (s)
EC+2e→CH2=CH2 (g)+CO32-
CO32- + 2Li+→Li2CO3
EC+2Li++2e→CH3OLi (s) + CO (g)
DMC + e+ Li+→CH3OCO2Li (s)+CH3·
DMC+ e+ Li+→CH3OLi (s)+CH3OCO2
CH3OCO2+CH3·→CH3OCO2CH3
EMC+ e+ Li+→CH3OCO2Li (s)+C2H5·
CH3·+1/2H2→CH4
C2H5·+1/2H2→C2H6
CH3·+CH3·→C2H6
C2H5·+CH3·→C3H8
DMC+2Li++2e→CH3OLi (s) + CO (g)
SEI膜形成中的主要化学现象
•在电池化成的过程中不仅仅是电能与化学能的转换，同时也伴随着热能的转化；在化成中的化学反应
玩游戏电脑最高配置保定糕点产⽣的⽓体包括H2，CO，CO2，C2H4，CH4，C2H6· · · ，所以在化成时电芯都有⼀个⽓囊，⽬的就是排出化成中产⽣的⽓体。•SEI膜形成的质量、稳定性、界⾯的优化是决定电池寿命不可忽视的重要因素。
海南都逃不过寒潮 御寒指南来了化成设备
•ATL⽤于⽣产的主要的化成设备为杭州可靠性仪器⼚⽣产的锂离⼦电池化成系统分为2A/2.5A/3A等⼏种类型，按project⼜分成⽓压针床式/装架式/插⽼化板⼏种
LIP—3AHB01（512⾼温）
LIP—3AB01（512常温）
LIP—3AHF04（576⾼温）
LIP—3AF04（768常温）
LIP—3AP02（3A装架机）
LIP—2AP02（2A装架机）
LIP—3AHB01W（恒功率）
LIP—0.5AHB01（0.5A⾼温）
LIP—0.2AHB01（0.2A⾼温）文言文大全
化成设备的⼯作原理
化成设备⼯作状态
两小儿辩日原文
使电池在四种⼯作状态下切换，记录在每⼀种状态下测试的数据，
对电池性能分析提供了详细的数据源。
- -(休眠）
CC（恒流充电）
CV（恒压充电）
DC（恒流放电）容量测试才有恒流放电，化成没有放电流程。
CPD（恒功率放电）恒功率机器专有。
化成设备电路原理
化成机器⼯作原理
校准原理：
采⽤继电器及稳压管串联，分别给每个⼯位根据校准流程参数进⾏充放电，及恒压充电，在这过程中⽤6.5位的⾼精度表进⾏监控。记录每个⼯位的实际参数。同时机器上的控制板也返回每个对应的回检参数。每个⼯位根据不同的参数⼤⼩需要测试15次以上。上位机的校准软件根据这两个参数算出K值和B值。从K.B值中求出其⼯位的线性参数。根据其⼯位的线性参数来判断其⼯位的电路元件误差值。把每个⼯位的线性参数集合在⼀起通过校准软件写⼊AT28C256的芯⽚⾥。每个⼯位经过校准后，根据其线性参数来执⾏其⼯位相对当前的流程值补上差值。使实际电流电压参数和回检值⼀致。
化成设备⽇常监控及维护
•通道精度检查
现在ATL-SSL化成设备的精度除开装架机器外，所有的化成机精度电压都在 ±2mV，电流都在±2mA之内。
•化成机器通讯线连接是否良好
•⾼温化成应检查温度表
•测试机器⾼温送风马达运转时声⾳是否正常
•⽼化板检查
1.夹⼦
夹⼦松劲度及弹性是否良好，是否破损，是否掉胶垫
2.⾦⼿指
⾦⼿指完好⽆损，光洁度要好，⼲净清洁，铜箔粘贴要牢固
3.⾦⼿指外缘是否平整
⾦⼿指外缘的PCB板要平整，不能凹凸不平。
4.⽼化板是否变形，松动，少螺丝
化成测试流程
•第⼀步休眠
•第⼆步恒流充电
以0.02C恒流充电270min，⼩电流充电⽬的使形成的SEI膜质量、界⾯更好，但形成的SEI膜不稳定，易与前⾯的分解产物发⽣反应，需进⼀步充电使SEI膜趋于稳定。
•第三步休眠
⽬的是使两次充电有⼀个转换过程，并达到消除极化的作⽤;
•第四步恒流充电
•第四步恒流充电
以0.1C充电到3.95V，在SEI膜基本形成后以稍⼤⼀点电流充，不但节约更多时间；且形成的SEI膜致密，热稳定性更好，此时的SEI膜将电解液与⽯墨完全隔开，只许离⼦通过到达⽯墨层。但此时电压不能充得太⾼易造成析锂。
名词解释:
休眠：在化成测试中表现为不做充电或放电，起到不同倍率充电流程间的转换作⽤;
CC: constant current charge(即恒流充电),
0.1C：其中0.1是倍率,C代表其容量值，如⼀电芯的容量是500mAh，则充电电流0.1*500则为50mA
化成测试时应留意的⼏点
•夹电池前应检查backing时间及静置时间
•夹电池时应先检查⽼化板⾦⼿指及夹⼦有⽆异常，有问题的板送修
•夹好的电池⼊HK机时应按扫描的通道插⼊⽼化板，不要⼊错通道
•⼊炉后应检查电池barcode与DTS该通道电池barcode是否⼀致。
•建化成名时应规范操作，不能输⼊过长的化成名，否则不能传数据
•发流程时先根据MI要求导出相应的流程名，检查流程每⼀步的设置与MI的要求是否相符，若有出⼊请联系PE⼯程师确认，确认⽆误⽅可发流程。
•流程发送后应迅速检查电池电压及电流⼤⼩，若有异常电芯（及时取出，避免电芯燃烧）
化成过程中的异常现象的处理
1、发流程时⽆电流
电芯在刚发流程休眠结束后，⽴即检查每个电芯的电流和电压，对电压异常偏低或0电压，电流为0或电流远低于设定值，检查是否没夹好，夹⼦断线，夹⼦虚焊，没夹好的重新夹好，夹⼦断线或虚焊的应⽴即休眠该电芯将其取出，并在软件中删除其电芯编号。对电压和电流异常偏⾼，如电压为4499，电流为2499（1.5A的机器为1499），应⽴即休眠将该电芯取出，并在软件中删除其电芯编号。如果是⽼化板有问题，挑出送维修房维修，如果是通道有问题，应做好记录，等待⼯程师维修。
2、发流程后电压充不上
如果电芯在化成过成中出现电压和电流异常波动，跳跃，或者电流正常，电压⼀直充不上去，应⽴即休眠该电芯，以免引起燃烧。
如果在充电过程中，电压不升反降，应⽴即休眠。
３、对异常停电处理：
•打开机器相应的化成名（必须是断电时机器化成名）
•断电保护
•⾃动搜寻历史数据
•搜寻完毕后对话框⾃动关闭，查看机器有否采集到实时数据
•依次进⾏其它机器操作。
４、过充
过度充电和过度放电，将对锂离⼦电池的正负极造成永久的损坏，从分⼦层⾯看，可以直观的理解，过度放电将导致负极碳过度释出锂离⼦⽽使得其⽚层结构出现塌陷，过度充电将把太多的锂离⼦硬塞进负极碳结构⾥去，⽽使得其中⼀些锂离⼦再也⽆法释放出来。

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