从专利看CATL/国轩/万向一二三电池化成技术

动力电池的最后一道制造工序是化成，其效果决定质量的成败。举个例子，建了一个大坝，转不好，相当于给大坝加了很多洞，失去了拦截水库的功能。说的更直白一点，电池所有性能都差，属于不合格产品。化成功能是“激活电池单元并在电池表面形成稳定的SEI膜”。一方面，SEI膜影响电池的循环寿命、稳定性和自放电性能。另一方面，容易受残余气体影响，其致密性被破坏，锂离子被消耗，出现胀气。化成的难点主要是电池化成工艺的设计、充电时电流和电压的准确性、环境温度和压力的一致性。硬壳电池和软壳电池的化成过程差别不大。本质上主要是三段式充电成型(先用恒定小电流充电，再用恒定电流充电，再用恒定压降电流充电至终点)、热封排气成型、高温高压成型。其中，成型工艺兼容三级加料、热封排气和高温高压，但不互相排斥。另外，从合成温度来看，又可分为常温和高温固定物合成。常温化成:常温下预化成，如图1所示，柔性电池变平。然后进行抽气和预密封，排除预成型过程中产生的气体，避免气体停留在正负极板表面，导致极板与隔膜接触电阻增大。最后，SEI膜通过主成型和包装进一步成型和改进。常温成膜的优点是电流相对较小，SEI成膜致密，电性能优异，缺点是成膜周期长，一般为20小时以上，成膜效率低。高温夹具化成:将电池放在高温夹具柜板上，加热电芯，同时对柜板施加一定的压力，一般在1MPa/pcs左右。加热加压的作用是提高生成反应速率，降低极化电阻。高温夹具成型的优点是成型效率高，缺点是薄膜致密性差，电性能差。

图1柔性电池胀气值得一提的是，从专利角度来看，常温化成的代表是当代安普科技有限公司和合富郭萱，高温固定物化成的代表是环球123。01当代安培科技有限公司:热封排气软袋电池在化成过程中，电解液发生化学反应，产生大量气体。这些气体压力会压缩柔性电池的密封边缘，降低柔性电池的安全性。当代安培科技有限公司发明了一项装置专利，包括抽气部分和与抽气部分连通的负压源。在化成过程中，抽气部与袋型电池内部连通，并与气囊连接。然后，开启负压气源，通过抽气部件将化成时产生的气体从预留气囊中抽出，从而减小气体对热封电池边缘的压力，提高柔性电池的安全性。当代安培科技有限公司的发明专利，如图2所示，最大的优点是效率高，生产率高。其中，切割机构中有热探头和高性能材料，可以防止电池在化成时过热造成封装缺陷，柔性电池密封性能好。

图2柔性电池的抽气机制

图3化成切口机理02合肥郭萱:三段式充电化成合肥郭萱以柔性电池化成为目标。发明专利滚动……g脱气和恒流充电成型。具体步骤分为四步，效果如图4所示。1、第一次。先将电池以0.01-0.03C恒流充电，静置1-2min，再以0.05C-0.1C恒流充电，静置1-2min，对电池进行冷压成型。2、卷封。将冷压电池放入辊压机中进行滚压，然后置于真空环境中，脱气并密封。3.二次形成。电池以0.1-0.2C恒流充电，搁置后冷压成型。4、高温静置18-24小时，对电池进行卷体和排气封口，最终完成柔性电池的成型。本发明分两步形成，在规定的压力和温度下进行小电流充电。其中化成，分两个阶段充电，结合辊压步骤，可以有效及时地排出化成过程中产生的气体和水蒸气，有利于在负极板表面形成致密的SEI膜，提高SEI膜的质量。一方面提高了电池化成效果，化成工艺简单易实现，另一方面可以提高外观质量。

图4:案例03通用一二三:通用一二三:高温高压化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学 化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学方法；一般是这样实现的:先在低温环境下以0.1-0.2C的充电速率充电至3.6-3.7V，静置后以0.2-0.3C的放电速率放电至2.5V-2.7V。然后，在高温下对电池表面进行加压和抽气。将抽气后的软电池静置，然后以0.2-0.3C的充电速率充电至3.6-3.7V，再以0.4-0.6C的充电速率充电至4.1-4.3V，在初始速率小、温度低的条件下，先充后放的SEI膜更致密，同时可以减少对电池的不良影响。最后，在高温高压下静置，低电压可以使SEI膜重组，减少活性锂的消耗，促进电池容量，使SEI膜更加稳定和多孔，减少副反应的发生。该专利具有以下优点:SEI膜结构更加稳定和致密，减少了锂离子的消耗，提高了以镍钴锰酸盐为正极的锂离子电池的循环性能，更好地发挥了电池的容量，减弱了电池的自放电现象。参考文献:合富郭萱高科动力软包锂离子电池化成方法[P]:中国CN109638370A 2019-4-16当代安普科技有限公司新能源科技有限公司袋式电池化成装置[P]:中国CN208489326U 2019-02-12万向123镍。动力电池的最后一道制造工序是化成，其效果决定质量的成败。举个例子，建了一个大坝，转不好，相当于给大坝加了很多洞，失去了拦截水库的功能。说的更直白一点，电池所有性能都差，属于不合格产品。化成功能是“激活电池单元并在电池表面形成稳定的SEI膜”。一方面，SEI膜影响电池的循环寿命、稳定性和自放电性能。另一方面，容易受残余气体影响，其致密性被破坏，锂离子被消耗，出现胀气。化成的难点主要是电池化成工艺的设计、充电时电流和电压的准确性、环境温度和压力的一致性。硬壳电池和软壳电池的化成过程差别不大。本质上主要是三段式充电成型(先用恒定小电流充电，再用恒定电流充电，再用恒定压降电流充电至终点)、热封排气成型、高温高压成型。其中，成型工艺兼容三级加料、热封排气和高温高压，但不互相排斥。另外，从合成温度来看，又可分为常温和高温固定物合成。常温化成:常温下预化成，如图1所示，柔性电池变平。然后进行抽气和预密封，排除预成型过程中产生的气体，避免气体停留在正负极板表面，导致极板与隔膜接触电阻增大。最后，SEI膜通过主成型和包装进一步成型和改进。常温成膜的优点是电流相对较小，SEI成膜致密，电性能优异，缺点是成膜周期长，一般为20小时以上，成膜效率低。高温夹具化成:将电池放在高温夹具柜板上，加热电芯，同时对柜板施加一定的压力，一般在1MPa/pcs左右。加热加压的作用是提高生成反应速率，降低极化电阻。高温夹具成型的优点是成型效率高，缺点是薄膜致密性差，电性能差。

图1柔性电池胀气值得一提的是，从专利角度来看，常温化成的代表是当代安普科技有限公司和合富郭萱，高温固定物化成的代表是环球123。01当代安培科技有限公司:在形成过程中……在热封和通风的软袋电池中，电解液会发生化学反应并产生大量气体。这些气体压力会压缩柔性电池的密封边缘，降低柔性电池的安全性。当代安培科技有限公司发明了一项装置专利，包括抽气部分和与抽气部分连通的负压源。在化成过程中，抽气部与袋型电池内部连通，并与气囊连接。然后，开启负压气源，通过抽气部件将化成时产生的气体从预留气囊中抽出，从而减小气体对热封电池边缘的压力，提高柔性电池的安全性。当代安培科技有限公司的发明专利，如图2所示，最大的优点是效率高，生产率高。其中，切割机构中有热探头和高性能材料，可以防止电池在化成时过热造成封装缺陷，柔性电池密封性能好。

图2柔性电池的抽气机制

图3化成切口机理02合肥郭萱:三段式充电化成合肥郭萱以柔性电池化成为目标。发明专利是滚动脱气和恒流充电成型。具体步骤分为四步，效果如图4所示。1、第一次。先将电池以0.01-0.03C恒流充电，静置1-2min，再以0.05C-0.1C恒流充电，静置1-2min，对电池进行冷压成型。2、卷封。将冷压电池放入辊压机中进行滚压，然后置于真空环境中，脱气并密封。3.二次形成。电池以0.1-0.2C恒流充电，搁置后冷压成型。4、高温静置18-24小时，对电池进行卷体和排气封口，最终完成柔性电池的成型。本发明分两步形成，在规定的压力和温度下进行小电流充电。其中化成，分两个阶段充电，结合辊压步骤，可以有效及时地排出化成过程中产生的气体和水蒸气，有利于在负极板表面形成致密的SEI膜，提高SEI膜的质量。一方面提高了电池化成效果，化成工艺简单易实现，另一方面可以提高外观质量。

图4:案例03通用一二三:通用一二三:高温高压化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学 化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学化学方法；一般是这样实现的:先在低温环境下以0.1-0.2C的充电速率充电至3.6-3.7V，静置后以0.2-0.3C的放电速率放电至2.5V-2.7V。然后，在高温下对电池表面进行加压和抽气。将抽气后的软电池静置，然后以0.2-0.3C的充电速率充电至3.6-3.7V，再以0.4-0.6C的充电速率充电至4.1-4.3V，在初始速率小、温度低的条件下，先充后放的SEI膜更致密，同时可以减少对电池的不良影响。最后，在高温高压下静置，低电压可以使SEI膜重组，减少活性锂的消耗，促进电池容量，使SEI膜更加稳定和多孔，减少副反应的发生。该专利具有以下优点:SEI膜结构更加稳定和致密，减少了锂离子的消耗，提高了以镍钴锰酸盐为正极的锂离子电池的循环性能，更好地发挥了电池的容量，减弱了电池的自放电现象。参考文献:合富郭萱高科动力软包锂离子电池化成方法[P]:中国CN109638370A 2019-4-16当代安普科技有限公司新能源科技有限公司袋式电池化成装置[P]:中国CN208489326U 2019-02-12万向123镍。

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