蔣濛：動力鋰電池的性能提升－新工藝及其工業(yè)化
圖為中南創(chuàng)發(fā)鋰電事業(yè)部經(jīng)理蔣濛博士
蔣濛：今天再占用大家一點時間，跟大家分享一下我們中南創(chuàng)發(fā)在動力鋰電池工藝改善這方面都有哪些想法。
身邊用動力汽車的朋友越來越多了，當我們談到動力汽車的時候，我們首先想到的是什么？就是一些非常炫酷的黑科技，除了這些黑科技以外，我們聽到的最多的抱怨是什么？是不是續(xù)航里程的一個焦慮癥？可不可以快充？在冬天續(xù)航里程直接減半，連加熱系統(tǒng)都不敢開，還是說成本仍然太高，買不起，還是漢高分享的，我們?nèi)菀灼鸹穑?/p>
在今年3月份剛剛在東京舉辦的世界新能源大會上，其實來自于日本和韓國的幾家大的鋰電公司也想了一些解決方案，大家不約而同的把方法集中在了兩點，一個是新的材料體系、一個是新的模組結(jié)構(gòu)。
我們看一下，大家在手尾環(huán)節(jié)其實是下足的工夫，但是中間好像缺少了一點什么，作為一款產(chǎn)品來說不同于實驗室的地方就是說他要把它制造處理，我們可不可以在制造工藝上做一些方案，在制造上進行一些革新，同樣來提高鋰電池的一些性能？
今天我們中南國際就是想跟大家談?wù)撘幌挛覀冊赑VD上面的一個思考。什么是PVD？其實用學術(shù)的話來講就是物理氣象沉積，或者叫物理磁共建設(shè)。你要有一個把材，把這個材料建到你需要鍍的基材上面去，形成一種薄膜。
其實它就是一種成膜技術(shù)，或者叫做界面改善技術(shù)。其實對于電芯來說，它發(fā)揮性能或者是遇到問題，其實都是各個界面的一個累加，比如說急流體和電極的界面，電極和電解液的界面，我們既然有了一個界面處理的工藝，我們就可以去發(fā)揮我們的想象力，對它來進行一個改善。
我們?yōu)槭裁磿氲接肞VD的方法？其實中南創(chuàng)發(fā)在PVD這個行業(yè)已經(jīng)積攢了十幾年的經(jīng)驗。我們伴隨著像蘋果、華為、古馳上，我們伴隨著他們走了很多年。我們在想，可不可以把成膜技術(shù)運用現(xiàn)在大家都很希望推廣的鋰電池上？
今天跟大家分享的是，到目前為止我們用PVD的方法在電芯改善上有了什么樣的成果？首先是急流體界面的改善。大家看到的，左邊這幅圖就是傳統(tǒng)的一個涂附工藝，是把涂布機涂在了涂抹上，PVD的方法是在電極和急流體之間加一個過渡層，這個可以是各種材料的。
這個過渡層有什么特點？首先，它的厚度是可以被精確管控的。我們可能會在一些鋁箔上觸一些導(dǎo)電的涂層，但是這個厚度是不可控的，會占用我們的一些體積和質(zhì)量、能量、密度，同時也會因為它里面有膠體，導(dǎo)致這個性能不是很好。
對于這個過渡層的微結(jié)構(gòu)是可以被設(shè)計的，怎么講？PVD還分高頻、中頻跟低頻，我們可以分不同的頻段，我舉一個簡單的例子，我們?nèi)绻檬鳛榘巡模覀兛梢园阉械囊环N層狀的結(jié)構(gòu)改變成一個無定型的結(jié)構(gòu)，它很像在鋰電界很有名的硬碳，它有很多的優(yōu)勢，但是成本過高，我們有這樣一個硬碳層，我們就可以去做很多的東西。硬碳本身的克容量也是很高的。
硬碳本身不像石墨，是一個平的放點曲線，你加進去以后，整個電芯的放電平臺是傾斜的。
當時特斯拉選松下電芯的時候，很多人都測過了，松下的電芯放電的情況也是微斜的。
3、它可以有比較好的粘接性，我們也拆過很多大公司的電池，在多個循環(huán)之后，負極很容易從銅箔上脫離下來，這個會嚴重的影響到電極的循環(huán)壽命。我們是幫蘋果這邊做了十幾年的工作，但是現(xiàn)在手上拿到的蘋果手機，外面的功能度和裝飾度都是出自我們家。大家可以感受一下，這個鍍層也是絕對刮不掉的。
我們在展臺上放了我們硅氧極的樣品，這個很亮，像鏡子一樣可以照到自己。
2、用來改善電極和電解液的界面。這個地方我們想到了一個點子，在電極的表面進行一個補理工藝，其實補理這個技術(shù)已經(jīng)不是非常新了，在很早之前日本的一些專家就提出來了，包括現(xiàn)在的新能源，一些大的鋰電公司，其實也曾經(jīng)嘗試過在極片表面進行一個補理，因為它的優(yōu)勢比較多，我后面會講。他們大部分的方式都是在極片的表面像撒面包屑一樣撒上去。
鍍鋰什么好處？就是補充一些鋰源，電芯出了很多問題，都是因為它最后缺鋰了，鋰在循環(huán)的過程中有的會被變成死鋰，或者是被消耗點，補充這個鋰是可以提高性能的，同時也可以提高電池的容量。
大家都想要在負極用硅，硅有一個致命的缺點，就是首次效率非常低，我們用PVD補鋰以后可以把首次效率提高很多。另外一個是增強電芯的循環(huán)壽命。
這個是我們做的一個提升容量的一些數(shù)據(jù)，我們?nèi)萘吭赑VD補鋰之后大概可以提高到6%以上。
這個是用不同的正極，我們硅陽極的首次效率也可以提高到6%這樣的一個水平。
這個是增加了補鋰之后硅的循環(huán)壽命可以提高大概300周，這還是在實驗室的級別上，真正做成圓柱電芯化會更好。
3、它是可以精確設(shè)計的，對于不同的鋰電池來說，你想補充多少的鋰，補在什么樣的位置，你都可以通過前期的設(shè)計來操控。也就是說工程的極限是可以被我們掌握的。
量產(chǎn)方面的優(yōu)勢，其實很多公司也曾經(jīng)嘗試過來做補鋰，但是大家都知道，他們買的鋰粉本身的顆粒就是幾個微米，你再用撒的方式，這樣就很難容易我們現(xiàn)在鋰電池所要求的一致性。
我們和現(xiàn)在中國最大的鋰把材的供應(yīng)商來進行合作，他們也幫我們來優(yōu)化鋰把的精度和純度。
這個是我們補的鋰的一個樣品，大家可以看到，我們專門兩了一半，是補鋰前后的對比，底下是石墨，上面是鋰的鍍層。
這個是凹版印刷，如果我們對供應(yīng)商要求說，你把陶瓷層的厚度減少在1.5微米以下，它是不敢給你保證的，這是凹版印刷本身的一個制成工藝的局限性。
陶瓷層材料的選取。今天說的陶瓷，其實說來說去都在說三氧化二鋁，為什么只用三氧化二鋁？他們的回答是這樣的，目前三氧化二鋁是唯一可以配成顆粒為一微米的均勻漿料的材料，其實三氧化鋁不是一個最佳的選擇，我們可以用更好的陶瓷材料，無論你是多么好的材料，即使是日本的工藝，它也會或多或少的出現(xiàn)掉粉的問題。
如果用PVD的方法有什么好處？我們用的是高頻的PVD的方面，我們可以減少厚度、減少發(fā)熱，第二個我們也可以選擇一些其他的陶瓷材料。在做材料鍍層的同時去考慮用一些負極，比如說現(xiàn)在很流行的氧化啞硅。
最后的最后，這個跟大家分享一下我們另外一個工藝，這個工藝叫做噴涂印刷的方法來注電解液。我們是用在右上角的這種噴頭很像我們印報紙的印刷噴頭。這個方法已經(jīng)成功的應(yīng)用在英國公司的鋰硫電芯上。我們接下來要做的是把它運用在我們比較稀釋的電解液上。
最后想跟大家分享的是，剛才提到的這兩項工藝最漂亮的地方，就是他們和其他電芯廠的，不管是設(shè)計還是材料配方的選取上都不矛盾，他是起到了一個修飾的作用，可以幫你解決一切生產(chǎn)的短板，對于鋰電池或者是動力能源這一塊，只有把各家的優(yōu)勢結(jié)合在一起，我們才能真正解決動力電池的推廣瓶頸，才可以迎來我們心臟一個強大的跳動。
提問：蔣博士我想提兩個問題，這個鋰是壓在真空下去噴鍍，其實你不是連續(xù)性的一個噴鍍方式？
蔣濛：我們有一個大概40米×40米的卷對卷的噴涂機，既可以是微真空的狀態(tài)，也可以連續(xù)生產(chǎn)。
提問：你如果要加鋰的話，鋰是在增壓以后？你這個工藝是能夠在連續(xù)的情況下去做的？
蔣濛：我們不是連續(xù)滾動的，是步進的，但是它是可以做成卷成卷。
提問：你不用切成極？
蔣濛：不用。
提問：如果把這個噴鋰加上去的話，這個生產(chǎn)成本會增加多少？
蔣濛：我們跟很多車廠談的時候，也是很多車廠非常關(guān)心的問題，我們現(xiàn)在做到的是，用了PVD，剛才上面提到了三種PVD的方法，我們曾經(jīng)評估過，如果這三種方法全部都使用上去的話，我們單個電芯大概會增加3到5毛錢。
提問：你的蒸度的速度可以多快？一分鐘可以蒸度多少米？另外是蒸度均勻性的問題？
蔣濛：蒸度隨著是可調(diào)的，我們目前沒有優(yōu)化最優(yōu)的走速比，我們也在研究不同的度層厚度與性能之間的關(guān)系，我們這個度層的厚度取決于我們的電壓，包括我們的功率，以及時間。時間其實跟我們的速度是比較相關(guān)的，目前沒有最優(yōu)的速度給到你這邊。
提問：怎么穩(wěn)定鍍上去的鋰？
蔣濛：我們鍍上去的鋰跟空氣和水是比較敏感的，在轉(zhuǎn)接到下一個工藝之前我們會在槍體里面進行另外一個氣體，在鋰離子表面形成一個防護層。關(guān)于氣源我就不方便多講了。
提問：是不是二氧化碳？
蔣濛：不是二氧化碳，但是是含碳的氣源。
提問：鍍完了以后，你這個電池會有電壓，后面對你的生產(chǎn)有沒有影響？
蔣濛：目前我們看到的實驗結(jié)果是沒有什么太大的影響的。
提問：有電壓吧？
蔣濛：是比較正常的反應(yīng)。上去之后已經(jīng)不是純的金屬鋰了，它是鋰的一種化合態(tài)。
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