鉅大LARGE | 點擊量：741次 | 2019年08月05日
鋰電池的坎坷之路
坎坷的鋰電池，技術成熟還在路上。
鋰電池發明迄今有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，無一不側面說鋰電池的工藝復雜，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，同時易跟電解質反應，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。
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%
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。過熱和火災暴露屬于熱濫用。過充、過放電和外部/內部短路是電氣濫用。機械濫用情況包括碰撞、穿透和彎曲。
總而言之，對鋰電池生產而言，最重要是學會失效分析。方法論上是尋找質量問題原因，在短時間內，找到正確結論，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，提出預防措施（包括設計改進）。
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、機械設備系統、材料、制造工藝、環境和管理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進行相互比較的系統,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,是物質世界的運動變化和因果制約性。就是根據設備在同樣服役條件下,過去表現的情況和變化規律,來推斷現在失效的可能原因。
第三,邏輯方法。就是根據背景資料(設計、材料、制造的情況等)和失效現場調查材料以及分析、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指標,主要有容量衰減或跳水、循環壽命短、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，失效歸根結底是材料性能與結構被破壞。
筆者是材料碩士出身，深知牛逼偉大的創造，背后都是材料的革新。
材料失效主要指材料結構、性質、形貌等發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力不均而產生的顆粒破碎。硅負極材料因充放電過程中發生體積膨脹收縮而出現的破碎粉化,電解液受到濕度溫度的影響發生分解或變質,石墨負極與電解液中添加劑的碳酸丙烯酯(PC)發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。
對現今銷量還行的電動汽車和混合動力車來說，其核心技術就是電池。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、循環壽命長，應用場景更廣闊。
海闊憑魚躍，天高任鳥飛。時代進步，動力電池的技術日新月異，未來改進應還集中在容量及結構上。
有一點可肯定的是，無論電池廠商采用哪種技術路線，都需要滿足安全性高、環境溫差范圍廣、充放電功能性強、倍率放電使用性好，成本低等條件。
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