锂電池發展的矛盾對立面

TIME: 2019-10-24 新聞資訊锂電池百科

锂電池发展的矛盾对立双方相伴相生，失去一方则另一方也就没有了存在的可能。在锂電池当中，也有很多类似于零和游戏的对立双方，让我们在顾此失彼的困难抉择中也不禁赞叹矛盾的类妙。

1、電池的能量密度與電芯性能的對立

容量是电池的第一属性，而能量密度则是几乎所有电池在设计时所必须考虑的首要间题。当设计的能量密度提高时，電芯则不得不选择更薄的愿膜、材料也需要使用在极限压实和面密度下。一方面，如此极限的设计会让電芯的吸滚更加困难，从而影响電芯的循环性能；另一方面更薄的隔膜铝塑膜、更高能量密度的材料也意味着更差的安全性能。能量密度与電芯性能，可以说是任何一家单位在设计电池时都不得不遇到的问题；一家单位往往是当其能量密度有较大优势时，電芯的循环安全性能就有可能存在一定隐患；当其循环安全性能做到百分百无误时，能量密度又往往较低而使产品缺乏很强的竞争力。

2、锂電池的注液量与加工性能对立

单对電芯性能而言，提高注液量有益无害；但当注液量较多时，電芯的加工性能会明显下降，注液后真空吸附困难、热冷压和夹具baking时電芯压爆、除气后软電芯甚至不封口等间题都会接踵而至。严格上来讲，工艺中的注液量一定不可让電芯在加工时出现由注液量过大而引起的批量异常，否则注液量就有间题需要减少（若减少后带来的结果是保液量的下降及循环NG，那就说明要更换材料了）；当然在确认注液量有问题之前，从工序角度优化也必不可少，例如吸附困难时可不可以加大吸附箱容量从而提高效率、压爆时可不可以调低夹板下压速度从而减少压爆比例等，当工序优化已到极限或者已到自身短期无法再进一步优化的时候，那就降低注液量吧。当鱼和熊掌不可兼得时，最高领导拍板说要那个，那就要那个好了。

3、生産效率與産品良率

对生产而言，提高产量或者说提高效率是其骨子里所追寻的目标，更高的效率就意味着生产过程中更短的制程周期和更短的用于加工的时间，而后者往往会造成产品性能的降低。说来有趣，生产遇到的很多质量间题、都可以通过类似子“降低生产效率、增加加工时间”的方法来改善；例如涂布过程中遇到开裂可通过同时降低温度和走速来改善、半自动卷绕易变形可以通过卷绕速度先慢后快的变速卷绕来改善、化成时形成SEI膜效果不佳可通过减少充电倍率来改善、夹具baking后電芯发软可通过延长baking时间和電芯下夹前延长常温搁置时间来改善等等。从统计上来讲，“时间”在这里往往充当着“稳定因子”的作用；从感性上来讲，如果一个改善既可以在提高良率的同时提高效率，那之前所用的方法又是不是太没水平了呢？当效率与良率产生矛盾时，优先保证的一定是良率，但同时也要理解产线为了达到良率所损失的效率，人员的增加、设备的增补、产量的减少等，只有想人所想，你的改善方案才会被人所接受。

4、锂電池负极克容量与膨胀对立

矽基材料是未來負極材料的一個選擇方向，其超高的嵌組容量爲最大的優勢；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。石墨在嵌锂時，锂離子嵌入石墨層中間，其狀態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锂容量也不會太高。而锂與矽反應時，锂直接插入到矽矽原子之間，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，雖然可嵌入的锂更多，但同時占用的體積也必然更大。表面上看似相關的“插锂容量高低”與“插锂後形交大小”，實際上都是由插锂的機理決定的。也就是說，當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。當然，優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，並且也並不存在容量高形變一定大的必然結果（與其說是“結果”，倒不如說這是一個趨勢），隨著科技的進步，對新材料的開發會越來越重要（貌似中國發動機NG的一個主要原因就是材料不過關）。

5、锂電池正极能量与安全

材料能量越高也就會越不安全。當一個材料能量較高時，也就意味著其在充電後的脫鍵量更大、同時結構變化也更大，因此也就更不穩定；例如鑽酸組滿充後會有較多的4價鑽存在從而增加了正極的氧化性、作爲钴酸鍵骨架的Co02-1（钴酸根？）的結構受到了破壞、從而使正極材料更易分解進而降低了安全性。但當一個材料能量較低時，充電後也就失去了較少的鍵，材料本身的結構得以更好的保留，安全性也就會因此提高；磷酸鐵鍵滿充後，作爲骨架結構、占整個分子比重很大的磷酸根並沒有被破壞，分子結構沒有被破壞，其安全性自然也就較高。與負極克發揮與膨脹看似相關實則都由材料結構決定一樣，正極克發揮與安全看似負相關實則也都由材料自身結構所決定。

电池的材料、设计、制程等，共为一个统一的整体，相互之间关联无穷且又都源自于最根本的几个理论基础。在電芯的设计中，难免会有顾此失彼的时候，让矛盾中的双方同时达到最佳点是绝对不可能的，找到其最佳的平衡点或选择自己更为关注的方向作为优先参考方位方为最佳之举。

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