钜大LARGE | 点击量：1975次 | 2018年10月18日
动力锂电池的性能提升－新工艺及其工业化介绍
蒋濛：今天再占用大家一点时间，跟大家分享一下我们中南创发在动力锂电池工艺改善这方面都有哪些想法。
身边用动力汽车的朋友越来越多了，当我们谈到动力汽车的时候，我们首先想到的是什么？就是一些非常炫酷的黑科技，除了这些黑科技以外，我们听到的最多的抱怨是什么？是不是续航里程的一个焦虑症？可不可以快充？在冬天续航里程直接减半，连加热系统都不敢开，还是说成本仍然太高，买不起，还是汉高分享的，我们容易起火？
在今年3月份刚刚在东京举办的世界新能源大会上，其实来自于日本和韩国的几家大的锂电公司也想了一些解决方案，大家不约而同的把方法集中在了两点，一个是新的材料体系、一个是新的模组结构。
我们看一下，大家在手尾环节其实是下足的工夫，但是中间好像缺少了一点什么，作为一款产品来说不同于实验室的地方就是说他要把它制造处理，我们可不可以在制造工艺上做一些方案，在制造上进行一些革新，同样来提高锂电池的一些性能？
今天我们中南国际就是想跟大家谈论一下我们在PVD上面的一个思考。什么是PVD？其实用学术的话来讲就是物理气象沉积，或者叫物理磁共建设。你要有一个把材，把这个材料建到你需要镀的基材上面去，形成一种薄膜。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
其实它就是一种成膜技术，或者叫做界面改善技术。其实对于电芯来说，它发挥性能或者是遇到问题，其实都是各个界面的一个累加，比如说急流体和电极的界面，电极和电解液的界面，我们既然有了一个界面处理的工艺，我们就可以去发挥我们的想象力，对它来进行一个改善。
我们为什么会想到用PVD的方法？其实中南创发在PVD这个行业已经积攒了十几年的经验。我们伴随着像苹果、华为、古驰上，我们伴随着他们走了很多年。我们在想，可不可以把成膜技术运用现在大家都很希望推广的锂电池上？
今天跟大家分享的是，到目前为止我们用PVD的方法在电芯改善上有了什么样的成果？首先是急流体界面的改善。大家看到的，左边这幅图就是传统的一个涂附工艺，是把涂布机涂在了涂抹上，PVD的方法是在电极和急流体之间加一个过渡层，这个可以是各种材料的。
这个过渡层有什么特点？首先，它的厚度是可以被精确管控的。我们可能会在一些铝箔上触一些导电的涂层，但是这个厚度是不可控的，会占用我们的一些体积和质量、能量、密度，同时也会因为它里面有胶体，导致这个性能不是很好。
对于这个过渡层的微结构是可以被设计的，怎么讲？PVD还分高频、中频跟低频，我们可以分不同的频段，我举一个简单的例子，我们如果拿石墨作为把材，我们可以把它原有的一种层状的结构改变成一个无定型的结构，它很像在锂电界很有名的硬碳，它有很多的优势，但是成本过高，我们有这样一个硬碳层，我们就可以去做很多的东西。硬碳本身的克容量也是很高的。
硬碳本身不像石墨，是一个平的放点曲线，你加进去以后，整个电芯的放电平台是倾斜的。
当时特斯拉选松下电芯的时候，很多人都测过了，松下的电芯放电的情况也是微斜的。
3、它可以有比较好的粘接性，我们也拆过很多大公司的电池，在多个循环之后，负极很容易从铜箔上脱离下来，这个会严重的影响到电极的循环寿命。我们是帮苹果这边做了十几年的工作，但是现在手上拿到的苹果手机，外面的功能度和装饰度都是出自我们家。大家可以感受一下，这个镀层也是绝对刮不掉的。
我们在展台上放了我们硅氧极的样品，这个很亮，像镜子一样可以照到自己。
2、用来改善电极和电解液的界面。这个地方我们想到了一个点子，在电极的表面进行一个补理工艺，其实补理这个技术已经不是非常新了，在很早之前日本的一些专家就提出来了，包括现在的新能源，一些大的锂电公司，其实也曾经尝试过在极片表面进行一个补理，因为它的优势比较多，我后面会讲。他们大部分的方式都是在极片的表面像撒面包屑一样撒上去。
镀锂什么好处？就是补充一些锂源，电芯出了很多问题，都是因为它最后缺锂了，锂在循环的过程中有的会被变成死锂，或者是被消耗点，补充这个锂是可以提高性能的，同时也可以提高电池的容量。
大家都想要在负极用硅，硅有一个致命的缺点，就是首次效率非常低，我们用PVD补锂以后可以把首次效率提高很多。另外一个是增强电芯的循环寿命。
这个是我们做的一个提升容量的一些数据，我们容量在PVD补锂之后大概可以提高到6%以上。
这个是用不同的正极，我们硅阳极的首次效率也可以提高到6%这样的一个水平。
这个是增加了补锂之后硅的循环寿命可以提高大概300周，这还是在实验室的级别上，真正做成圆柱电芯化会更好。
3、它是可以精确设计的，对于不同的锂电池来说，你想补充多少的锂，补在什么样的位置，你都可以通过前期的设计来操控。也就是说工程的极限是可以被我们掌握的。
量产方面的优势，其实很多公司也曾经尝试过来做补锂，但是大家都知道，他们买的锂粉本身的颗粒就是几个微米，你再用撒的方式，这样就很难容易我们现在锂电池所要求的一致性。
我们和现在中国最大的锂把材的供应商来进行合作，他们也帮我们来优化锂把的精度和纯度。
这个是我们补的锂的一个样品，大家可以看到，我们专门两了一半，是补锂前后的对比，底下是石墨，上面是锂的镀层。
这个是凹版印刷，如果我们对供应商要求说，你把陶瓷层的厚度减少在1.5微米以下，它是不敢给你保证的，这是凹版印刷本身的一个制成工艺的局限性。
陶瓷层材料的选取。今天说的陶瓷，其实说来说去都在说三氧化二铝，为什么只用三氧化二铝？他们的回答是这样的，目前三氧化二铝是唯一可以配成颗粒为一微米的均匀浆料的材料，其实三氧化铝不是一个最佳的选择，我们可以用更好的陶瓷材料，无论你是多么好的材料，即使是日本的工艺，它也会或多或少的出现掉粉的问题。
如果用PVD的方法有什么好处？我们用的是高频的PVD的方面，我们可以减少厚度、减少发热，第二个我们也可以选择一些其他的陶瓷材料。在做材料镀层的同时去考虑用一些负极，比如说现在很流行的氧化哑硅。
最后的最后，这个跟大家分享一下我们另外一个工艺，这个工艺叫做喷涂印刷的方法来注电解液。我们是用在右上角的这种喷头很像我们印报纸的印刷喷头。这个方法已经成功的应用在英国公司的锂硫电芯上。我们接下来要做的是把它运用在我们比较稀释的电解液上。
最后想跟大家分享的是，刚才提到的这两项工艺最漂亮的地方，就是他们和其他电芯厂的，不管是设计还是材料配方的选取上都不矛盾，他是起到了一个修饰的作用，可以帮你解决一切生产的短板，对于锂电池或者是动力能源这一块，只有把各家的优势结合在一起，我们才能真正解决动力电池的推广瓶颈，才可以迎来我们心脏一个强大的跳动。
提问：蒋博士我想提两个问题，这个锂是压在真空下去喷镀，其实你不是连续性的一个喷镀方式？
蒋濛：我们有一个大概40米×40米的卷对卷的喷涂机，既可以是微真空的状态，也可以连续生产。
提问：你如果要加锂的话，锂是在增压以后？你这个工艺是能够在连续的情况下去做的？
蒋濛：我们不是连续滚动的，是步进的，但是它是可以做成卷成卷。
提问：你不用切成极？
蒋濛：不用。
提问：如果把这个喷锂加上去的话，这个生产成本会增加多少？
蒋濛：我们跟很多车厂谈的时候，也是很多车厂非常关心的问题，我们现在做到的是，用了PVD，刚才上面提到了三种PVD的方法，我们曾经评估过，如果这三种方法全部都使用上去的话，我们单个电芯大概会增加3到5毛钱。
提问：你的蒸度的速度可以多快？一分钟可以蒸度多少米？另外是蒸度均匀性的问题？
蒋濛：蒸度随着是可调的，我们目前没有优化最优的走速比，我们也在研究不同的度层厚度与性能之间的关系，我们这个度层的厚度取决于我们的电压，包括我们的功率，以及时间。时间其实跟我们的速度是比较相关的，目前没有最优的速度给到你这边。
提问：怎么稳定镀上去的锂？
蒋濛：我们镀上去的锂跟空气和水是比较敏感的，在转接到下一个工艺之前我们会在枪体里面进行另外一个气体，在锂离子表面形成一个防护层。关于气源我就不方便多讲了。
提问：是不是二氧化碳？
蒋濛：不是二氧化碳，但是是含碳的气源。
提问：镀完了以后，你这个电池会有电压，后面对你的生产有没有影响？
蒋濛：目前我们看到的实验结果是没有什么太大的影响的。
提问：有电压吧？
蒋濛：是比较正常的反应。上去之后已经不是纯的金属锂了，它是锂的一种化合态。
