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。

 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(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(shí)，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(shí)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(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，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(shí)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(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，你的改善方案才會被人所接受。 

 4、鋰電池負(fù)極克容量與膨脹對立 硅基材料是未來負(fù)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(shí)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(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小玻璃球，形變必然小的同時(shí)嵌鋰容量也不會太高。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”，倒不如說這是一個趨勢)，隨著科技的進(jìn)步，對新材料的開發(fā)會越來越重要(貌似中國發(fā)動機(jī)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(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(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(jì)中，難免會有顧此失彼的時(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。