钜大LARGE | 点击量：1066次 | 2019年08月08日
坎坷的锂电池，技术成熟还在路上
锂电池发明迄今有49年历史，可安全性，能密度，价格还不能做到亲民。观各种资讯，无一不侧面说锂电池的工艺复杂，制备工序较多，热失控突出，失效分析验证不易验证。
先科普一下锂电池的知识，不喜先跳过。
锂电池的容量由正极活性物质中锂离子含量决定。正极过量，电解液锂离子梯度分布不均等，会析锂，产生枝晶，易造成安全威胁。电解液起运输锂离子作用，量要有保证。电池中的水分会消耗锂离子，影响容量，同时易跟电解质反应，有气胀。隔膜起过滤作用，不能破损，否则正负极接触，会短路。
如果高温下工作，电池容量会下降更快，而且寿命也会缩短。
尤其是锂电池滥用情况明显，主要是热滥用、电滥用和机械滥用。过热和火灾暴露属于热滥用。过充、过放电和外部/内部短路是电气滥用。机械滥用情况包括碰撞、穿透和弯曲。
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%
总而言之，对锂电池生产而言，最重要是学会失效分析。方法论上是寻找质量问题原因，在短时间内，找到正确结论，选择切实可行措施。
失效分析很简单，主要包括：明确分析对象，确定失效模式，研究失效机理，判定失效原因，提出预防措施（包括设计改进）。
一桩失效事件不论是属于大事故还是小故障，其原因总是包括操作人员、机械设备系统、材料、制造工艺、环境和管理6个方面，解决方法如下。
第一,比较方法。选择一个没有失效的并能与失效系统进行相互比较的系统,以便从中找出差异。这样将有利于尽快找出失效的原因。
第二,历史方法。历史方法的客观依据,是物质世界的运动变化和因果制约性。就是根据设备在同样服役条件下,过去表现的情况和变化规律,来推断现在失效的可能原因。
第三,逻辑方法。就是根据背景资料(设计、材料、制造的情况等)和失效现场调查材料以及分析、测试获得的信息进行分析、比较、综合、归纳,做出判断和推论,进而得出可能的失效原因。
针对锂电池失效来讲，主要分两类：性能失效和安全性失效。
性能失效是锂电池的性能达不到使用要求和相关指标,主要有容量衰减或跳水、循环寿命短、倍率性能差、一致性差、易自放电、高低温性能衰减等。
安全性失效是锂电池由于使用不当或者滥用,出现的具有一定安全风险的失效,主要有热失控、胀气、漏液、析锂、短路、膨胀形变等。
然而从根本上说，失效归根结底是材料性能与结构被破坏。
笔者是材料硕士出身，深知牛逼伟大的创造，背后都是材料的革新。
材料失效主要指材料结构、性质、形貌等发生异常和材料间失配。
举个例子，正极材料因局部Li+脱嵌速率不一致导致材料所受应力不均而产生的颗粒破碎。硅负极材料因充放电过程中发生体积膨胀收缩而出现的破碎粉化,电解液受到湿度温度的影响发生分解或变质,石墨负极与电解液中添加剂的碳酸丙烯酯(PC)发生的溶剂共嵌入问题,N/P(负极片容量与正极片容量的比值)过小导致的析锂。
对现今销量还行的电动汽车和混合动力车来说，其核心技术就是电池。与3C消费类电池比较，动力电池虽然价格高、安全性能差，但比能量大、循环寿命长，应用场景更广阔。
海阔凭鱼跃，天高任鸟飞。时代进步，动力电池的技术日新月异，未来改进应还集中在容量及结构上。
有一点可肯定的是，无论电池厂商采用哪种技术路线，都需要满足安全性高、环境温差范围广、充放电功能性强、倍率放电使用性好，成本低等条件。
