電池制造工藝

隨著動(dòng)力電池應(yīng)用的不斷加深, 單體電池向著大型化、易于成組的方向發(fā)展. 在這一過(guò)程中, 單體電池的制造技術(shù)尤為重要. 提高產(chǎn)品一致性, 從而使電池成組后的安全性、壽命更高, 使其制造成本更低將是未來(lái)鋰離子電池制造工藝的發(fā)展方向. (1) 開(kāi)發(fā)生產(chǎn)設(shè)備高效自動(dòng)化技術(shù), 研發(fā)高速連續(xù)合漿、涂布、輥切制片、卷繞/疊片等技術(shù), 可以降低生產(chǎn)成本; (2)開(kāi)展自動(dòng)測(cè)量及閉環(huán)控制技術(shù)研發(fā), 提高電池生產(chǎn)過(guò)程測(cè)量技術(shù)水平, 實(shí)現(xiàn)全過(guò)程實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)質(zhì)量檢測(cè), 實(shí)現(xiàn)工序內(nèi)以及全線質(zhì)量閉環(huán)控制, 保證產(chǎn)品一致性、可靠性; (3) 建立自動(dòng)化物流技術(shù)開(kāi)發(fā), 實(shí)現(xiàn)工序間物料自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn), 減少人工干預(yù); (4) 開(kāi)展智能化生產(chǎn)控制技術(shù)研發(fā), 綜合運(yùn)用信息控制、通訊、多媒體等技術(shù),開(kāi)發(fā)有效的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制及制造執(zhí)行系統(tǒng), 最大程度地提高生產(chǎn)效率, 降低人工成本.

4.2  鋰離子動(dòng)力電池的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題

4.2.1  研究電極反應(yīng)過(guò)程、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、界面調(diào)控等基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題

目前, 元素?fù)诫s、包覆等方法被廣泛應(yīng)用于材料改性, 但究其原因往往“知其然不知其所以然”, 如LFP可以通過(guò)異價(jià)鋰位摻雜顯著提高電子導(dǎo)電性, 但其究竟是晶格摻雜還是通過(guò)表面滲透還存在爭(zhēng)議. 另外,一般認(rèn)為L(zhǎng)FP較低的電子導(dǎo)電性和離子擴(kuò)散特性是導(dǎo)致倍率特性不佳的主要原因, 但研究表明, 鋰離子在電極/電解液界面的傳輸也是影響LFP倍率特性的重要因素. 通過(guò)改善界面的離子傳輸特性, 可以獲得更好的倍率特性. 因此深入研究電極上的表面電化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理, 尤其是關(guān)于SEI膜的形成、性質(zhì)以及電極與電解液的相互作用等, 可以明確材料的結(jié)構(gòu)演化機(jī)制和性能改善策略, 為材料及電池性能的改善提供理論指導(dǎo) [6] .

4.2.2  發(fā)展電極表界面的原位表征方法

鋰離子電池電極材料的性能主要取決于其組成及結(jié)構(gòu). 通過(guò)原位表征技術(shù)系統(tǒng)研究材料的組成-結(jié)構(gòu)-性能間構(gòu)效關(guān)系對(duì)深入了解電極材料的反應(yīng)機(jī)理,優(yōu)化材料組成與結(jié)構(gòu)以提高其性能及指導(dǎo)高性能新材料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用均有十分重要意義 [105,106] . 例如, 原位Raman光譜可以通過(guò)晶格(如金屬-氧配位結(jié)構(gòu))振動(dòng)實(shí)時(shí)檢測(cè)材料的結(jié)構(gòu)變化, 為找尋材料結(jié)構(gòu)劣化原因提供幫助 [107~109] . 同步輻射技術(shù)不僅可通過(guò)研究電極材料中原子周?chē)瘜W(xué)環(huán)境, 獲取電極材料中組成元素的氧化態(tài)、局域結(jié)構(gòu)、近鄰配位原子等信息, 還可原位獲得電池充放電過(guò)程電極材料的結(jié)構(gòu)演化、過(guò)渡金屬離子氧化態(tài)以及局域結(jié)構(gòu)變化等信息, 精確揭示電池反應(yīng)機(jī)理 [110,111] ; 固體核磁共振譜(NMR)則可提供固態(tài)材料的局域結(jié)構(gòu)信息, 得到離子擴(kuò)散相關(guān)的動(dòng)力學(xué)信息 [112,113] .

5  結(jié)論

鋰離子動(dòng)力電池是目前最具實(shí)用價(jià)值的動(dòng)力電池, 近幾年在產(chǎn)業(yè)化方面發(fā)展迅速, 有力地支撐了電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展. 然而, 鋰離子動(dòng)力電池仍然存在許多有待解決的應(yīng)用問(wèn)題, 特別是續(xù)航能力、安全性、環(huán)境適應(yīng)性和成本, 需要在動(dòng)力電池基礎(chǔ)材料、電池制造和系統(tǒng)技術(shù)全產(chǎn)業(yè)鏈上同時(shí)進(jìn)行研究. 可以預(yù)期相關(guān)技術(shù)將在近年內(nèi)取得長(zhǎng)足進(jìn)步并實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用.隨著電動(dòng)汽車(chē)的快速發(fā)展, 鋰離子動(dòng)力電池將迎來(lái)爆發(fā)增長(zhǎng)的黃金期.