鋰電池低容的分析——設(shè)計篇

　　低容的原因從大面上可分為設(shè)計及制程兩個方向。本文先講設(shè)計，下篇再講制程。

　　材料的匹配特別是負(fù)極與電解液的匹配對電芯容量的影響尤為重大。由于筆者的理論較差且?guī)缀醪豢赡軓墓?yīng)商口中得出類似于“你家電解液配別人家負(fù)極為啥會析鋰低容”問題的答案，故雖然自己遇到過幾次由于材料匹配造成低容的情況，但對其發(fā)生的原理卻一直是一知半解、僅有一些自己的猜測而已。對于新負(fù)極或新電解液而言，若重復(fù)試驗發(fā)現(xiàn)每次電芯都會析鋰低容，那材料本身不匹配的可能性就很大了。不匹配的原因可能是化成時形成的SEI膜不夠致密、太厚亦或不穩(wěn)定，也可能是電解液中的PC讓石墨層剝離，也不排除本身設(shè)計的面密度壓實(shí)過大造成電芯無法適應(yīng)大倍率充放電。雖然個中的理論我們沒法弄清，但出了問題先詢問供應(yīng)商是否有好的解決建議（類似于優(yōu)化化成工藝、減小充放電電流這類的），若供應(yīng)商建議無效或干脆沒有建議，那就更換材料吧。

　　隔膜也是一個可能造成低容的影響因素，筆者之前在使用國內(nèi)某廠單層PP低成本隔膜時（雖然我很恨你，但就不點(diǎn)名了），發(fā)現(xiàn)手工卷繞的電芯隔膜會在每層的中間位置的縱向產(chǎn)生打皺，打皺的地方負(fù)極嵌鋰不充分未成金黃色進(jìn)而影響了電芯容量3%左右。雖然另外兩個型號使用半自動卷繞時隔膜打皺的程度要輕很多且對容量的影響也就有1%，不過也不能成為停用該隔膜的依據(jù)。

　　容量設(shè)計余量不足也會造成低容。由于正負(fù)極涂布、分容柜的誤差及貼膠對容量的影響，設(shè)計時必須要留有一定的容量余量。設(shè)計容量余量時，既可以在算出所有制程全部剛好為中線的電芯容量后再留富余，也可以按所有影響容量的因素全部按下限發(fā)生后再計算富余。對于新材料而言，正極在該體系下的克發(fā)揮的準(zhǔn)確評估很重要。分容倍率、充電截止電流、充放電倍率、電解液的種類等，都會影響到正極克發(fā)揮。如果特意為了達(dá)到目標(biāo)容量而將正極克發(fā)揮設(shè)計值人為調(diào)高，也等價于設(shè)計容量不足。電池的界面一點(diǎn)問題也沒有、整個制程數(shù)據(jù)也沒有問題，但是電池就是低容。故新材料一定要注意評估準(zhǔn)確的正極克發(fā)揮，并非同一個正極在與任何負(fù)極、電解液相配時都有著一樣的克發(fā)揮。

　　負(fù)極過量也會在一定程度上影響正極克發(fā)揮、進(jìn)而影響電芯容量。負(fù)極過量并非“只要不析鋰”即可。在不析鋰的負(fù)極過量的下限繼續(xù)提高負(fù)極過量，正極克發(fā)揮也會有1%~2%左右的提升（不過原理想不太明白），當(dāng)然即使提升了，單為了設(shè)計容量輸出越大越好的話，負(fù)極過量依舊是只要保證不析鋰即可。當(dāng)負(fù)極過量太高的時候，正極克發(fā)揮又會降低，原因為化成時需要更多的不可逆鋰，當(dāng)然這種情況發(fā)生的概率幾乎沒有。

　　注液量較低時，相應(yīng)的保液量也會降低，當(dāng)電芯的保液量偏少時，則鋰離子在正負(fù)極嵌入脫嵌的效果就會受到影響，從而引發(fā)低容。雖然降低注液量后成本、制程都會有更小的壓力，但必須以不影響電芯性能作為降低注液量的前提。當(dāng)然，降低注液量（例如筆者曾經(jīng)將一款型號的注液量降低至2.45g/Ah，結(jié)果死的很慘）只是會增加電芯由于保液量不足而引起低容的發(fā)生概率，而非必然結(jié)果。同時吸液越困難的型號，其多余的電解液應(yīng)該更多一些才對，以保證電解液浸潤期間可以與極片更好的接觸。由于保液量受材料、電芯硬度要求等的影響較大，因此沒法給一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)而只能以實(shí)驗作為依據(jù)。電芯保液量不足時，正負(fù)極片會比較干，負(fù)極上面會產(chǎn)生薄薄的一層析鋰，此點(diǎn)可作為保液量不良造成的低容的一個因素。