鉅大LARGE | 點擊量：1091次 | 2019年08月08日
坎坷的鋰電池，技術(shù)成熟還在路上
鋰電池發(fā)明迄今有49年歷史，可安全性，能密度，價格還不能做到親民。觀各種資訊，無一不側(cè)面說鋰電池的工藝復(fù)雜，制備工序較多，熱失控突出，失效分析驗證不易驗證。
先科普一下鋰電池的知識，不喜先跳過。
鋰電池的容量由正極活性物質(zhì)中鋰離子含量決定。正極過量，電解液鋰離子梯度分布不均等，會析鋰，產(chǎn)生枝晶，易造成安全威脅。電解液起運輸鋰離子作用，量要有保證。電池中的水分會消耗鋰離子，影響容量，同時易跟電解質(zhì)反應(yīng)，有氣脹。隔膜起過濾作用，不能破損，否則正負極接觸，會短路。
如果高溫下工作，電池容量會下降更快，而且壽命也會縮短。
尤其是鋰電池濫用情況明顯，主要是熱濫用、電濫用和機械濫用。過熱和火災(zāi)暴露屬于熱濫用。過充、過放電和外部/內(nèi)部短路是電氣濫用。機械濫用情況包括碰撞、穿透和彎曲。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
總而言之，對鋰電池生產(chǎn)而言，最重要是學會失效分析。方法論上是尋找質(zhì)量問題原因，在短時間內(nèi)，找到正確結(jié)論，選擇切實可行措施。
失效分析很簡單，主要包括：明確分析對象，確定失效模式，研究失效機理，判定失效原因，提出預(yù)防措施（包括設(shè)計改進）。
一樁失效事件不論是屬于大事故還是小故障，其原因總是包括操作人員、機械設(shè)備系統(tǒng)、材料、制造工藝、環(huán)境和管理6個方面，解決方法如下。
第一,比較方法。選擇一個沒有失效的并能與失效系統(tǒng)進行相互比較的系統(tǒng),以便從中找出差異。這樣將有利于盡快找出失效的原因。
第二,歷史方法。歷史方法的客觀依據(jù),是物質(zhì)世界的運動變化和因果制約性。就是根據(jù)設(shè)備在同樣服役條件下,過去表現(xiàn)的情況和變化規(guī)律,來推斷現(xiàn)在失效的可能原因。
第三,邏輯方法。就是根據(jù)背景資料(設(shè)計、材料、制造的情況等)和失效現(xiàn)場調(diào)查材料以及分析、測試獲得的信息進行分析、比較、綜合、歸納,做出判斷和推論,進而得出可能的失效原因。
針對鋰電池失效來講，主要分兩類：性能失效和安全性失效。
性能失效是鋰電池的性能達不到使用要求和相關(guān)指標,主要有容量衰減或跳水、循環(huán)壽命短、倍率性能差、一致性差、易自放電、高低溫性能衰減等。
安全性失效是鋰電池由于使用不當或者濫用,出現(xiàn)的具有一定安全風險的失效,主要有熱失控、脹氣、漏液、析鋰、短路、膨脹形變等。
然而從根本上說，失效歸根結(jié)底是材料性能與結(jié)構(gòu)被破壞。
筆者是材料碩士出身，深知牛逼偉大的創(chuàng)造，背后都是材料的革新。
材料失效主要指材料結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、形貌等發(fā)生異常和材料間失配。
舉個例子，正極材料因局部Li+脫嵌速率不一致導致材料所受應(yīng)力不均而產(chǎn)生的顆粒破碎。硅負極材料因充放電過程中發(fā)生體積膨脹收縮而出現(xiàn)的破碎粉化,電解液受到濕度溫度的影響發(fā)生分解或變質(zhì),石墨負極與電解液中添加劑的碳酸丙烯酯(PC)發(fā)生的溶劑共嵌入問題,N/P(負極片容量與正極片容量的比值)過小導致的析鋰。
對現(xiàn)今銷量還行的電動汽車和混合動力車來說，其核心技術(shù)就是電池。與3C消費類電池比較，動力電池雖然價格高、安全性能差，但比能量大、循環(huán)壽命長，應(yīng)用場景更廣闊。
海闊憑魚躍，天高任鳥飛。時代進步，動力電池的技術(shù)日新月異，未來改進應(yīng)還集中在容量及結(jié)構(gòu)上。
有一點可肯定的是，無論電池廠商采用哪種技術(shù)路線，都需要滿足安全性高、環(huán)境溫差范圍廣、充放電功能性強、倍率放電使用性好，成本低等條件。
