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鋰電池發(fā)展的矛盾對立面

鋰電池發(fā)展的矛盾對立面

發(fā)布人:Jay 發(fā)布時間:2019-06-13 瀏覽次數(shù):1339

鋰電池發(fā)展的矛盾對立雙方相伴相生,失去一方則另一方也就沒有了存在的可能。在鋰電池當(dāng)中,也有很多類似于零和游戲的對立雙方,讓我們在顧此失彼的困難抉擇中也不禁贊嘆矛盾的類妙。

鋰電池

 1、電池的能量密度與電芯性能的對立 容量是電池的第一屬性,而能量密度則是幾乎所有電池在設(shè)計時所必須考慮的首要間題。當(dāng)設(shè)計的能量密度提高時,電芯則不得不選擇更薄的愿膜、材料也需要使用在極限壓實和面密度下。一方面,如此極限的設(shè)計會讓電芯的吸滾更加困難,從而影響電芯的循環(huán)性能;另一方面更薄的隔膜鋁塑膜、更高能量密度的材料也意味著更差的安全性能。能量密度與電芯性能,可以說是任何一家單位在設(shè)計電池時都不得不遇到的問題;一家單位往往是當(dāng)其能量密度有較大優(yōu)勢時,電芯的循環(huán)安全性能就有可能存在一定隱患;當(dāng)其循環(huán)安全性能做到百分百無誤時,能量密度又往往較低而使產(chǎn)品缺乏很強的競爭力。 

 2、鋰電池的注液量與加工性能對立 單對電芯性能而言,提高注液量有益無害;但當(dāng)注液量較多時,電芯的加工性能會明顯下降,注液后真空吸附困難、熱冷壓和夾具baking時電芯壓爆、除氣后軟電芯甚至不封口等間題都會接踵而至。嚴(yán)格上來講,工藝中的注液量一定不可讓電芯在加工時出現(xiàn)由注液量過大而引起的批量異常,否則注液量就有間題需要減少(若減少后帶來的結(jié)果是保液量的下降及循環(huán)NG,那就說明要更換材料了);當(dāng)然在確認注液量有問題之前,從工序角度優(yōu)化也必不可少,例如吸附困難時可不可以加大吸附箱容量從而提高效率、壓爆時可不可以調(diào)低夾板下壓速度從而減少壓爆比例等,當(dāng)工序優(yōu)化已到極限或者已到自身短期無法再進一步優(yōu)化的時候,那就降低注液量吧。當(dāng)魚和熊掌不可兼得時,最高領(lǐng)導(dǎo)拍板說要那個,那就要那個好了。 

 3、生產(chǎn)效率與產(chǎn)品良率 對生產(chǎn)而言,提高產(chǎn)量或者說提高效率是其骨子里所追尋的目標(biāo),更高的效率就意味著生產(chǎn)過程中更短的制程周期和更短的用于加工的時間,而后者往往會造成產(chǎn)品性能的降低。說來有趣,生產(chǎn)遇到的很多質(zhì)量間題、都可以通過類似子“降低生產(chǎn)效率、增加加工時間”的方法來改善;例如涂布過程中遇到開裂可通過同時降低溫度和走速來改善、半自動卷繞易變形可以通過卷繞速度先慢后快的變速卷繞來改善、化成時形成SEI膜效果不佳可通過減少充電倍率來改善、夾具baking后電芯發(fā)軟可通過延長baking時間和電芯下夾前延長常溫擱置時間來改善等等。從統(tǒng)計上來講,“時間”在這里往往充當(dāng)著“穩(wěn)定因子”的作用;從感性上來講,如果一個改善既可以在提高良率的同時提高效率,那之前所用的方法又是不是太沒水平了呢?當(dāng)效率與良率產(chǎn)生矛盾時,優(yōu)先保證的一定是良率,但同時也要理解產(chǎn)線為了達到良率所損失的效率,人員的增加、設(shè)備的增補、產(chǎn)量的減少等,只有想人所想,你的改善方案才會被人所接受。 

 4、鋰電池負極克容量與膨脹對立 硅基材料是未來負極材料的一個選擇方向,其超高的嵌組容量為最大的優(yōu)勢;但同時充放電過程中膨脹太大也是其未能推廣的一個重要限制。石墨在嵌鋰時,鋰離子嵌入石墨層中間,其狀態(tài)類似于兩層棉被之間放了幾個小玻璃球,形變必然小的同時嵌鋰容量也不會太高。而鋰與硅反應(yīng)時,鋰直接插入到硅硅原子之間,類似于在滿滿鋪平一地的玻璃球中間再插入更多的玻璃球,雖然可嵌入的鋰更多,但同時占用的體積也必然更大。表面上看似相關(guān)的“插鋰容量高低”與“插鋰后形交大小”,實際上都是由插鋰的機理決定的。也就是說,當(dāng)一個材料擁有更大的容量時,其充放電形變往往也容易更大,其推廣也就必然受限。當(dāng)然,優(yōu)秀的材料是一定可以研究出來的,材料的膨脹也可以通過包覆或納米處理等的方式來改善,并且也并不存在容量高形變一定大的必然結(jié)果(與其說是“結(jié)果”,倒不如說這是一個趨勢),隨著科技的進步,對新材料的開發(fā)會越來越重要(貌似中國發(fā)動機NG的一個主要原因就是材料不過關(guān))。

 5、鋰電池正極能量與安全 材料能量越高也就會越不安全。當(dāng)一個材料能量較高時,也就意味著其在充電后的脫鍵量更大、同時結(jié)構(gòu)變化也更大,因此也就更不穩(wěn)定;例如鉆酸組滿充后會有較多的4價鉆存在從而增加了正極的氧化性、作為鈷酸鍵骨架的Co02-1(鈷酸根?)的結(jié)構(gòu)受到了破壞、從而使正極材料更易分解進而降低了安全性。但當(dāng)一個材料能量較低時,充電后也就失去了較少的鍵,材料本身的結(jié)構(gòu)得以更好的保留,安全性也就會因此提高;磷酸鐵鍵滿充后,作為骨架結(jié)構(gòu)、占整個分子比重很大的磷酸根并沒有被破壞,分子結(jié)構(gòu)沒有被破壞,其安全性自然也就較高。與負極克發(fā)揮與膨脹看似相關(guān)實則都由材料結(jié)構(gòu)決定一樣,正極克發(fā)揮與安全看似負相關(guān)實則也都由材料自身結(jié)構(gòu)所決定。 電池的材料、設(shè)計、制程等,共為一個統(tǒng)一的整體,相互之間關(guān)聯(lián)無窮且又都源自于最根本的幾個理論基礎(chǔ)。在電芯的設(shè)計中,難免會有顧此失彼的時候,讓矛盾中的雙方同時達到最佳點是絕對不可能的,找到其最佳的平衡點或選擇自己更為關(guān)注的方向作為優(yōu)先參考方位方為最佳之舉。

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