鋰電池發(fā)展的矛盾對立面

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(méi)有了存在的可能。在鋰電池當中，也有很多類(lèi)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(lèi)妙。

 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計時(shí)所必須考慮的首要間題。當設計的能量密度提高時(shí)，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(shí)和面密度下。一方面，如此極限的設計會(huì )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(zhù)更差的安全性能。能量密度與電芯性能，可以說(shuō)是任何一家單位在設計電池時(shí)都不得不遇到的問(wèn)題;一家單位往往是當其能量密度有較大優(yōu)勢時(shí)，電芯的循環(huán)安全性能就有可能存在一定隱患;當其循環(huán)安全性能做到百分百無(wú)誤時(shí)，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(wú)害;但當注液量較多時(shí)，電芯的加工性能會(huì )明顯下降，注液后真空吸附困難、熱冷壓和夾具baking時(shí)電芯壓爆、除氣后軟電芯甚至不封口等間題都會(huì )接踵而至。嚴格上來(lái)講，工藝中的注液量一定不可讓電芯在加工時(shí)出現由注液量過(guò)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(lái)的結果是保液量的下降及循環(huán)NG，那就說(shuō)明要更換材料了);當然在確認注液量有問(wèn)題之前，從工序角度優(yōu)化也必不可少，例如吸附困難時(shí)可不可以加大吸附箱容量從而提高效率、壓爆時(shí)可不可以調低夾板下壓速度從而減少壓爆比例等，當工序優(yōu)化已到極限或者已到自身短期無(wú)法再進(jìn)一步優(yōu)化的時(shí)候，那就降低注液量吧。當魚(yú)和熊掌不可兼得時(shí)，最高領(lǐng)導拍板說(shuō)要那個(gè)，那就要那個(gè)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(shuō)提高效率是其骨子里所追尋的目標，更高的效率就意味著(zhù)生產(chǎn)過(guò)程中更短的制程周期和更短的用于加工的時(shí)間，而后者往往會(huì )造成產(chǎn)品性能的降低。說(shuō)來(lái)有趣，生產(chǎn)遇到的很多質(zhì)量間題、都可以通過(guò)類(lèi)似子“降低生產(chǎn)效率、增加加工時(shí)間”的方法來(lái)改善;例如涂布過(guò)程中遇到開(kāi)裂可通過(guò)同時(shí)降低溫度和走速來(lái)改善、半自動(dòng)卷繞易變形可以通過(guò)卷繞速度先慢后快的變速卷繞來(lái)改善、化成時(shí)形成SEI膜效果不佳可通過(guò)減少充電倍率來(lái)改善、夾具baking后電芯發(fā)軟可通過(guò)延長(cháng)baking時(shí)間和電芯下夾前延長(cháng)常溫擱置時(shí)間來(lái)改善等等。從統計上來(lái)講，“時(shí)間”在這里往往充當著(zhù)“穩定因子”的作用;從感性上來(lái)講，如果一個(gè)改善既可以在提高良率的同時(shí)提高效率，那之前所用的方法又是不是太沒(méi)水平了呢?當效率與良率產(chǎn)生矛盾時(shí)，優(yōu)先保證的一定是良率，但同時(shí)也要理解產(chǎn)線(xiàn)為了達到良率所損失的效率，人員的增加、設備的增補、產(chǎn)量的減少等，只有想人所想，你的改善方案才會(huì )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(lái)負極材料的一個(gè)選擇方向，其超高的嵌組容量為最大的優(yōu)勢;但同時(shí)充放電過(guò)程中膨脹太大也是其未能推廣的一個(gè)重要限制。石墨在嵌鋰時(shí)，鋰離子嵌入石墨層中間，其狀態(tài)類(lèi)似于兩層棉被之間放了幾個(gè)小玻璃球，形變必然小的同時(shí)嵌鋰容量也不會(huì )太高。而鋰與硅反應時(shí)，鋰直接插入到硅硅原子之間，類(lèi)似于在滿(mǎn)滿(mǎn)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(shí)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(shí)際上都是由插鋰的機理決定的。也就是說(shuō)，當一個(gè)材料擁有更大的容量時(shí)，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(yōu)秀的材料是一定可以研究出來(lái)的，材料的膨脹也可以通過(guò)包覆或納米處理等的方式來(lái)改善，并且也并不存在容量高形變一定大的必然結果(與其說(shuō)是“結果”，倒不如說(shuō)這是一個(gè)趨勢)，隨著(zhù)科技的進(jìn)步，對新材料的開(kāi)發(fā)會(huì )越來(lái)越重要(貌似中國發(fā)動(dòng)機NG的一個(gè)主要原因就是材料不過(guò)關(guān))。

 5、鋰電池正極能量與安全 材料能量越高也就會(huì )越不安全。當一個(gè)材料能量較高時(shí)，也就意味著(zhù)其在充電后的脫鍵量更大、同時(shí)結構變化也更大，因此也就更不穩定;例如鉆酸組滿(mǎn)充后會(huì )有較多的4價(jià)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?)的結構受到了破壞、從而使正極材料更易分解進(jìn)而降低了安全性。但當一個(gè)材料能量較低時(shí)，充電后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(huì )因此提高;磷酸鐵鍵滿(mǎn)充后，作為骨架結構、占整個(gè)分子比重很大的磷酸根并沒(méi)有被破壞，分子結構沒(méi)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(shí)則都由材料結構決定一樣，正極克發(fā)揮與安全看似負相關(guān)實(shí)則也都由材料自身結構所決定。 電池的材料、設計、制程等，共為一個(gè)統一的整體，相互之間關(guān)聯(lián)無(wú)窮且又都源自于最根本的幾個(gè)理論基礎。在電芯的設計中，難免會(huì )有顧此失彼的時(shí)候，讓矛盾中的雙方同時(shí)達到最佳點(diǎn)是絕對不可能的，找到其最佳的平衡點(diǎn)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。