鋰電池發(fā)展的矛盾對(duì)立面
鋰電池發(fā)展的矛盾對(duì)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(duì)立雙方,,讓我們?cè)陬櫞耸П说睦щy抉擇中也不禁贊嘆矛盾的類妙,。
1、電池的能量密度與電芯性能的對(duì)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(jì)時(shí)所必須考慮的首要間題,。當(dāng)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(jì)電池時(shí)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(shì)時(shí),,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(shí),,能量密度又往往較低而使產(chǎn)品缺乏很強(qiáng)的競(jìng)爭力。
2,、鋰電池的注液量與加工性能對(duì)立 單對(duì)電芯性能而言,,提高注液量有益無害;但當(dāng)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(yán)格上來講,,工藝中的注液量一定不可讓電芯在加工時(shí)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(rèn)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(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(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(jìn)一步優(yōu)化的時(shí)候,那就降低注液量吧,。當(dāng)魚和熊掌不可兼得時(shí),,最高領(lǐng)導(dǎo)拍板說要那個(gè),那就要那個(gè)好了,。
3,、生產(chǎn)效率與產(chǎn)品良率 對(duì)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(shí)間,,而后者往往會(huì)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(shí)間”的方法來改善;例如涂布過程中遇到開裂可通過同時(shí)降低溫度和走速來改善,、半自動(dòng)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(shí)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(shí)間和電芯下夾前延長常溫?cái)R置時(shí)間來改善等等,。從統(tǒng)計(jì)上來講,“時(shí)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(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水平了呢?當(dāng)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)線為了達(dá)到良率所損失的效率,,人員的增加,、設(shè)備的增補(bǔ)、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(fù)極克容量與膨脹對(duì)立 硅基材料是未來負(fù)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(shì);但同時(shí)充放電過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(yīng)時(shí),,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(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(jī)理決定的,。也就是說,當(dāng)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(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(gè)趨勢(shì)),,隨著科技的進(jìn)步,對(duì)新材料的開發(fā)會(huì)越來越重要(貌似中國發(fā)動(dòng)機(jī)NG的一個(gè)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(huì)越不安全。當(dāng)一個(gè)材料能量較高時(shí),,也就意味著其在充電后的脫鍵量更大,、同時(shí)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(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(jié)構(gòu)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(dāng)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(jié)構(gòu)得以更好的保留,,安全性也就會(huì)因此提高;磷酸鐵鍵滿充后,作為骨架結(jié)構(gòu),、占整個(gè)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(fù)極克發(fā)揮與膨脹看似相關(guān)實(shí)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(fù)相關(guān)實(shí)則也都由材料自身結(jié)構(gòu)所決定。 電池的材料,、設(shè)計(jì),、制程等,共為一個(gè)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(gè)理論基礎(chǔ),。在電芯的設(shè)計(jì)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(dá)到最佳點(diǎn)是絕對(duì)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。
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