鋰離子電池的生產(chǎn)工藝可以分為前道極片制造、中道電芯封裝、后道電池活化三個(gè)階段，電池活化階段的目的是讓電池中的活物質(zhì)和電解液經(jīng)過(guò)充分活化以達(dá)到電化學(xué)性能穩(wěn)定?；罨A段包括預(yù)充電、化成、老化、定容等階段。預(yù)充電和化成的目的是為了讓正負(fù)極材料進(jìn)行最初幾次的充放電來(lái)激活材料，使材料處于最佳的使用狀態(tài)。老化的目的重要有幾個(gè)：一是讓電解液的浸潤(rùn)更加良好，有利于電池性能的穩(wěn)定；二是正負(fù)極材料中的活性物質(zhì)經(jīng)過(guò)老化后，可以促使一些副用途的加快進(jìn)行，例如產(chǎn)氣、電解液分解等，讓鋰離子電池的電化學(xué)性能快速達(dá)到穩(wěn)定；三是通過(guò)老化一段時(shí)間后進(jìn)行鋰離子電池一致性篩選。化成之后電芯的電壓不穩(wěn)定，其測(cè)量值會(huì)偏離實(shí)際值，老化后的電芯電壓、內(nèi)阻更為穩(wěn)定，便于篩選一致性高的電池。

老化制度對(duì)鋰離子電池性能的影響因素重要有兩個(gè)，即老化溫度和老化時(shí)間。除此之外，還有老化時(shí)電池處于封口還是開(kāi)口的狀態(tài)也比較重要。關(guān)于開(kāi)口化成來(lái)說(shuō)，假如廠房可以控制好濕度可以老化后再封口。假如采用高溫老化，封口后老化比較好。關(guān)于不同的電池體系，三元正極/石墨負(fù)極鋰離子電池、磷酸鐵鋰正極/石墨負(fù)極鋰離子電池抑或是鈦酸鋰負(fù)極電池，要根據(jù)材料特性及鋰離子電池特性進(jìn)行針對(duì)性試驗(yàn)。在試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，可以通過(guò)鋰離子電池的容量差別、內(nèi)阻差別、壓降特點(diǎn)來(lái)確定最佳的老化制度。

一、三元或磷酸鐵鋰正極/石墨負(fù)極鋰離子電池

關(guān)于三元作為正極材料，石墨作為負(fù)極材料的鋰離子電池來(lái)說(shuō)，鋰離子電池的預(yù)充化成階段會(huì)在石墨負(fù)極的表面形成一層固態(tài)電解質(zhì)膜（SEI），此種膜的形成電位約在0.8V左右，SEI允許離子穿透而不允許電子通過(guò)，由此在形成一定厚度后會(huì)抑制電解液的進(jìn)一步分解，可以起到防止電解液分解引起的電池性能下降。但是化成后形成的SEI膜結(jié)構(gòu)緊密且孔隙小，將電池再進(jìn)行老化，將有助于SEI結(jié)構(gòu)重組，形成寬松多孔的膜，以此提高鋰離子電池的性能。三元/石墨鋰離子電池的老化一般選擇常溫老化7天-28天時(shí)間，但是也有的廠采用高溫老化制度，老化時(shí)間為1-3天，所謂的高溫一般是38℃-50℃之間。高溫老化只是為了縮短整個(gè)生產(chǎn)周期，其目的和常溫老化相同，都是讓正負(fù)極、隔膜、電解液等充分進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡，讓鋰離子電池達(dá)到更穩(wěn)定的狀態(tài)。

二、鈦酸鋰負(fù)極鋰離子電池

俗稱的鈦酸鋰離子電池是負(fù)極采用了鈦酸鋰的電池，正極材料重要還是三元、鈷酸鋰等材料。鈦酸鋰離子電池與石墨負(fù)極電池的不同之處是鈦酸鋰的嵌鋰電位是1.55V（相關(guān)于鋰金屬），高于SEI形成的0.8V，所以充放電過(guò)程中不會(huì)形成固態(tài)電解質(zhì)膜（SEI）也不會(huì)形成枝晶鋰，從而具有更高的安全性。這就意味著鈦酸鋰充電過(guò)程中，不斷的有電子與電解液發(fā)生反應(yīng)，生成副產(chǎn)物及出現(xiàn)氫氣、CO、CH4、C2H4等氣體，會(huì)導(dǎo)致電池的鼓包。鈦酸鋰的鼓包問(wèn)題重要得依靠材料性質(zhì)的改變來(lái)緩解，例如材料表面包覆、改變粒徑分布，找到合適的電解液等。此外，通過(guò)優(yōu)化預(yù)充、化成、老化的制度也可以適當(dāng)減輕鈦酸鋰鼓包現(xiàn)象。鈦酸鋰離子電池的老化制度一般首選高溫老化制度，老化溫度采用40℃-55℃，老化時(shí)間一般是1-3天，老化之后要進(jìn)行負(fù)壓排氣。進(jìn)行多次高溫老化，使電池內(nèi)部水分充分反應(yīng)，將氣體排出后可以有效抑制鈦酸鋰離子電池的脹氣問(wèn)題，提高其循環(huán)壽命。

無(wú)論關(guān)于哪種體系的電池，老化是必不可少的一道工序。鋰離子電池的老化雖然理解起來(lái)是對(duì)鋰離子電池的損耗和破壞，但是事實(shí)上卻是篩選一致性高的電池，剔除不良品的有效途徑。只有通過(guò)老化的方式，才能選出適宜進(jìn)行組包的鋰離子電池，提高電動(dòng)工具的使用壽命。

磷酸鐵鋰材料在電池加工中的常見(jiàn)問(wèn)題分析

磷酸鐵鋰因鋰離子的擴(kuò)散系數(shù)低，導(dǎo)電性上較差，所以當(dāng)下做法是將其顆粒做小，甚至是做成納米級(jí)數(shù)，通過(guò)縮短LI+和電子的遷移路徑，來(lái)提升其充放電速度(理論上，遷移時(shí)間和遷移路徑平方成反比)。但由此給電池加工帶來(lái)一系列的難題。

首先遇到的是材料分散問(wèn)題

制漿是電池生產(chǎn)過(guò)程中最為關(guān)鍵的工序之一，其核心任務(wù)就是把活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等物料均勻的混合，使得材料性能能夠更好的發(fā)揮。要混勻，先要能分散。顆粒減小，相應(yīng)的比表面也就增大，表面能也就增大，顆粒間發(fā)生聚合的趨勢(shì)就增強(qiáng)。克服表面能分散所要的能量也就越大?，F(xiàn)在普遍用的是機(jī)械攪拌，機(jī)械攪拌能量分布是不均勻的，只有在一定的區(qū)域內(nèi)，剪切強(qiáng)度足夠大，能量足夠高，才能把聚合的顆粒分開(kāi)。要提升分散能力，一個(gè)是在攪拌設(shè)備的結(jié)構(gòu)上優(yōu)化，不改變最大剪切速度的情況下提高有效分散區(qū)域的空間比例;一個(gè)是提高攪拌功率(提高攪拌速度)，提升剪切速度，相應(yīng)的有效分散空間也會(huì)增大。前者屬設(shè)備上的問(wèn)題，提升空間有多大，涂布在線不做評(píng)論。后者，提升空間有限，因?yàn)榧羟兴俣忍岬揭欢ㄏ薅龋蜁?huì)對(duì)材料造成傷害，導(dǎo)致顆粒破損。

較為有效的方法是采用超聲波分散技術(shù)。只是超聲波設(shè)備價(jià)格較高，前些時(shí)候接觸的一家，其價(jià)格和進(jìn)口的日本機(jī)械攪拌機(jī)相當(dāng)。超聲分散工藝時(shí)間短，總體能耗降低，漿料分散效果好，材料顆粒的聚合得到有效延緩，穩(wěn)定性大為提高。

另外，可以通過(guò)使用分散劑來(lái)改善分散效果。

涂布均一性問(wèn)題

涂布不均，不僅電池一致性就不好，還關(guān)系到設(shè)計(jì)、使用安全性等問(wèn)題。所以，電池制作過(guò)程中對(duì)涂布均一性的控制很嚴(yán)格。做配方、涂布工藝的了解，材料顆粒越小，涂布越難做均勻。就其機(jī)理，我尚未看到相關(guān)的解釋。涂布在線認(rèn)為是電極漿料的非牛頓流體特性引起的。

電極漿料應(yīng)屬非牛頓流體中的觸變流體，該類流體的特點(diǎn)是靜止時(shí)粘稠，甚至呈固態(tài)，但攪動(dòng)后變稀而易于流動(dòng)。粘結(jié)劑在亞微觀狀態(tài)下是線性或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，攪動(dòng)時(shí)，這些結(jié)構(gòu)被破壞，流動(dòng)性就好，靜止后，它們又重新形成，流動(dòng)性就變差。磷酸鐵鋰顆粒細(xì)小，同等質(zhì)量下，顆粒數(shù)量新增，要把他們聯(lián)結(jié)起來(lái)組成有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，要的導(dǎo)電劑的量也相應(yīng)新增。顆粒小、導(dǎo)電劑用量新增，所需的粘結(jié)劑用量也上升。靜置時(shí)，更容易形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，流動(dòng)性比常規(guī)材料差。

從攪拌器取出后漿料到涂布的過(guò)程中，很多廠商還是采用周轉(zhuǎn)桶轉(zhuǎn)移，過(guò)程中漿料不攪拌或者攪拌強(qiáng)度低，漿料的流動(dòng)性發(fā)生變化，逐漸變得粘稠，以至于像果凍相同。流動(dòng)性不好，導(dǎo)致涂布的均一性不好，表現(xiàn)為極片面密度公差增大，表面形貌不好。

根本的是從材料上進(jìn)行改善，如提高導(dǎo)電性加大顆粒、顆粒球形化等，短時(shí)間內(nèi)可能有效果較為有限。立足現(xiàn)有材料，從電池加工的角度來(lái)說(shuō)，改善的途徑，可從以下幾項(xiàng)進(jìn)行嘗試：

采用線性的導(dǎo)電劑

所謂的線形顆粒形導(dǎo)電劑是筆者形象的說(shuō)法，學(xué)術(shù)上可能不是如此描述。

采用線形導(dǎo)電劑，目前重要是VGCF(碳纖維)和CNTs(碳納米管)、金屬納米線等。它們直徑在幾個(gè)納米到幾十納米，長(zhǎng)度在幾十微米以上甚至于幾厘米，而目前常用的顆粒形導(dǎo)電劑(如SuperP，KS-6)尺寸一般在幾十個(gè)納米，電池材料的尺寸為幾個(gè)微米。顆粒形導(dǎo)電劑和活性物質(zhì)組成的極片，接觸類似點(diǎn)和點(diǎn)之間的接觸，每個(gè)點(diǎn)能只與周圍的點(diǎn)發(fā)生接觸;線形導(dǎo)電劑與活性物質(zhì)組成的極片中，是點(diǎn)和線、線和線的接觸，每個(gè)點(diǎn)可以同時(shí)和多根線接觸，每根線也可以同時(shí)和多根線接觸，接觸的節(jié)點(diǎn)更多，導(dǎo)電通道也就更為通暢，導(dǎo)電能力也就更好。使用多種不同形態(tài)的導(dǎo)電劑組合，可以發(fā)揮更好的導(dǎo)電效果，具體如何使選擇導(dǎo)電劑，關(guān)于電池制作是一個(gè)很值得探索的問(wèn)題。

使用CNTS或者VGCF等線性導(dǎo)電劑可能出現(xiàn)的影響有：

(1)線性導(dǎo)電劑在一定程度上提升粘結(jié)效果，提高極片柔韌性和強(qiáng)度;

(2)減少導(dǎo)電劑用量(記得曾有報(bào)道說(shuō)CNTS的導(dǎo)電效能為同質(zhì)量(重量)常規(guī)顆粒導(dǎo)電劑的3倍)，綜合(1)，膠用量也有可能降低，活性物質(zhì)含量可提高;

(3)改善極化，降低接觸阻抗，改善循環(huán)性能;

(4)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)接觸節(jié)點(diǎn)多，網(wǎng)絡(luò)更為完善，倍率性能較常規(guī)導(dǎo)電劑更為出色;散熱性能提升，對(duì)高倍率電池很有意義;

(5)吸收性能得到改善;

(6)材料價(jià)格較高，成本上升。1Kg導(dǎo)電劑，常用的SUPERP僅為數(shù)十元，VGCF大約兩三千元，CNTS比VGCF略高(當(dāng)添加量為1%時(shí)，1KgCNTs以4000元計(jì)算，大約每Ah成本新增0.3元);

(7)CNTS、VGCF等比表面較高，如何分散是使用中必需解決的一個(gè)問(wèn)題，否則分散不好性能得不大發(fā)揮?？山柚暦稚⒌仁侄?。有CNTs廠家供應(yīng)分散好的導(dǎo)電液。