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(jià)格還不能做到親民。觀各種資訊，無(wú)一不側(cè)面說(shuō)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(yàn)證不易驗(yàn)證。

先科普一下鋰電池的知識(shí)，不喜先跳過(guò)。

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(guò)量，電解液鋰離子梯度分布不均等，會(huì)析鋰，產(chǎn)生枝晶，易造成安全威脅。電解液起運(yùn)輸鋰離子作用，量要有保證。電池中的水分會(huì)消耗鋰離子，影響容量，同時(shí)易跟電解質(zhì)反應(yīng)，有氣脹。隔膜起過(guò)濾作用，不能破損，否則正負(fù)極接觸，會(huì)短路。

如果高溫下工作，電池容量會(huì)下降更快，而且壽命也會(huì)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(jī)械濫用。過(guò)熱和火災(zāi)暴露屬于熱濫用。過(guò)充、過(guò)放電和外部/內(nèi)部短路是電氣濫用。機(jī)械濫用情況包括碰撞、穿透和彎曲。

總而言之，對(duì)鋰電池生產(chǎn)而言，最重要是學(xué)會(huì)失效分析。方法論上是尋找質(zhì)量問(wèn)題原因，在短時(shí)間內(nèi)，找到正確結(jié)論，選擇切實(shí)可行措施。

失效分析很簡(jiǎn)單，主要包括：明確分析對(duì)象，確定失效模式，研究失效機(jī)理，判定失效原因，提出預(yù)防措施（包括設(shè)計(jì)改進(jìn)）。

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(jī)械設(shè)備系統(tǒng)、材料、制造工藝、環(huán)境和管理6個(gè)方面，解決方法如下。

第一,比較方法。選擇一個(gè)沒(méi)有失效的并能與失效系統(tǒng)進(jìn)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(yùn)動(dòng)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(guò)去表現(xiàn)的情況和變化規(guī)律,來(lái)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(jì)、材料、制造的情況等)和失效現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查 材料以及分析、測(cè)試獲得的信息進(jìn)行分析、比較、綜合、歸納,做出判斷和推論,進(jìn)而得出 可能的失效原因。 

針對(duì)鋰電池失效來(lái)講，主要分兩類(lèi)：性能失效和安全性失效。

性能失效是鋰電池的性能達(dá)不到使用要求和相關(guān)指標(biāo),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(dāng)或者濫用,出現(xiàn)的具有一定安全風(fēng)險(xiǎn)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(shuō)，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(gè)例子，正極材料因局部Li+脫嵌速率不一致導(dǎo)致材料所受應(yīng)力不均而產(chǎn)生的顆粒破碎。硅負(fù)極材料因充放電過(guò)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(fù)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(wèn)題,N/P(負(fù)極片容量與正極片容量的比值)過(guò)小導(dǎo)致的析鋰。

對(duì)現(xiàn)今銷(xiāo)量還行的電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力車(chē)來(lái)說(shuō)，其核心技術(shù)就是電池。與3C消費(fèi)類(lèi)電池比較，動(dòng)力電池雖然價(jià)格高、安全性能差，但比能量大、循環(huán)壽命長(zhǎng)，應(yīng)用場(chǎng)景更廣闊。

海闊憑魚(yú)躍，天高任鳥(niǎo)飛。時(shí)代進(jìn)步，動(dòng)力電池的技術(shù)日新月異，未來(lái)改進(jìn)應(yīng)還集中在容量及結(jié)構(gòu)上。

有一點(diǎn)可肯定的是，無(wú)論電池廠商采用哪種技術(shù)路線(xiàn)，都需要滿(mǎn)足安全性高、環(huán)境溫差范圍廣、充放電功能性強(qiáng)、倍率放電使用性好，成本低等條件。