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电池生产过程中的“矛”与“盾”

2014-05-22 15:41
默菲
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  生产效率与产品良率。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问题、都可以通过类似于“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后电芯发软可通过延长baking时间和电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;从道理上来讲,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。

  负极克容量与膨胀。硅基材料是未来负极材料的一个选择方向,其超高的嵌锂容量为最大的优势;但同时充放电过程中膨胀太大也是其未能推广的一个重要限制。石墨在嵌锂时,锂离子嵌入石墨层中间,其状态类似于两层棉被之间放了几个小玻璃球,形变必然小的同时嵌锂容量也不会太高。而锂与硅反应时,锂直接插入到硅硅原子之间,类似于在满满铺平一地的玻璃球中间再插入更多的玻璃球,虽然可嵌入的锂更多,但同时占用的体积也必然更大。表面上看似相关的“插锂容量高低”与“插锂后形变大小”,实际上都是由插锂的机理决定的。也就是说,当一个材料拥有更大的容量时,其充放电形变往往也容易更大,其推广也就必然受限。当然,优秀的材料是一定可以研究出来的,材料的膨胀也可以通过包覆或纳米处理等的方式来改善,并且也并不存在容量高形变一定大的必然结果(与其说是“结果”,倒不如说这是一个趋势),随着科技的进步,对新材料的开发会越来越重要(貌似中国发动机NG的一个主要原因就是材料不过关),笔者这方面实力受学历所困外加当时此科选修开卷考试时竟然连书都没弄到,只能静待好的结果啦。

  正极能量与安全。之前一位师兄曾对笔者说过,材料能量越高也就会越不安全。当一个材料能量较高时,也就意味着其在充电后的结构变化更大,从而也就更不稳定;例如钴酸锂满充后会有较多的4价钴存在从而增加了正极的氧化性、作为钴酸锂骨架的CoO2-1(钴酸根?)的结构受到了破坏、从而使正极材料更易分解进而降低了安全性。但当一个材料能量较低时,充电后也就失去了较少的锂,材料本身的结构得以更好的保留,安全性也就会因此提高;磷酸铁锂满充后,作为骨架结构、占整个分子比重很大的磷酸根并没有被破坏,分子结构没有被破坏,其安全性自然也就较高。与负极克发挥与膨胀看似相关实则都由材料结构决定一样,正极克发挥与安全看似负相关实则也都由材料自身结构所决定。

  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。在电芯的设计中,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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