到有電芯低容，第一個(gè)反應(yīng)應(yīng)該是確認(rèn)低容問(wèn)題是否屬實(shí)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，先是要確認(rèn)分容工藝是否設(shè)置錯(cuò)誤（比如放電電流是不是設(shè)置大了、充電時(shí)間是不是設(shè)置短了）；如果分容工步設(shè)置無(wú)問(wèn)題，就需要更換測(cè)試點(diǎn)之后對(duì)電芯進(jìn)行重新分容，同時(shí)心里默念著“二次分容后一定不要再低容了”。當(dāng)然對(duì)于量產(chǎn)乃至樣品而言，分容柜誤差造成的批量低容的概率很低，一般情況下都是電芯真的有問(wèn)題了。若復(fù)測(cè)之后依舊低容，那就可以確認(rèn)低容問(wèn)題真的存在了（同時(shí)在復(fù)測(cè)的時(shí)候最好留一個(gè)心眼：滿充3pcs復(fù)測(cè)電芯，以備后用）。

確認(rèn)了低容存在之后，需要進(jìn)一步確認(rèn)低容發(fā)生的頻度和嚴(yán)重度，從整體上掌握低容的實(shí)際情況。樣品往往就是一批，不多說(shuō)；但量產(chǎn)型號(hào)則存在“該型號(hào)一直低容”及“該型號(hào)偶發(fā)低容”這兩種情況。對(duì)于前者，分析要以設(shè)計(jì)、選材角度及量產(chǎn)長(zhǎng)期遇到的頑固問(wèn)題作為切入點(diǎn)和優(yōu)先考慮方向（例如是不是這個(gè)材料匹配是不曾驗(yàn)證過(guò)的？是不是最近產(chǎn)線經(jīng)常出現(xiàn)同一個(gè)會(huì)引起低容的異常但一直拖拖拉拉未曾解決）；對(duì)于后者，則需要從產(chǎn)線操作及工藝變更來(lái)作為優(yōu)先考慮對(duì)象（例如是不是這一批負(fù)極壓死了？是不是產(chǎn)線為了產(chǎn)量縮短了老化時(shí)間？是不是工藝較之前進(jìn)行了改變而這一改變有引發(fā)低容的風(fēng)險(xiǎn)）。頻度確認(rèn)了之后，還要確認(rèn)一下相對(duì)不太重要的嚴(yán)重度，也就是低容電芯的比例以及容量低于要求值的比例。確認(rèn)嚴(yán)重度更大程度上是為了可能的放寬容量規(guī)格及判定缺貨數(shù)量提供依據(jù)，而對(duì)于問(wèn)題本身的分析，意義沒(méi)有確認(rèn)頻度一樣重要，不過(guò)依舊必不可少。

整體上把握了低容實(shí)際情況之后，就要開(kāi)始分析了。對(duì)于水平較高且遇到過(guò)同樣問(wèn)題的專家而言，拆3pcs電芯就應(yīng)該可以大體斷定低容的實(shí)際原因。但對(duì)于一般人而言，一是我們很難有類似的能力及積累，二是拿三個(gè)電芯照片無(wú)法充分向上級(jí)和同事說(shuō)明問(wèn)題（即使你的結(jié)論是正確的）。因此則需要更為系統(tǒng)一些的方法。在系統(tǒng)的分析之前，可以先將之前復(fù)測(cè)滿充的低容電芯拆開(kāi)看一下界面，若無(wú)問(wèn)題，則很可能是正極涂布偏輕或設(shè)計(jì)余量不足的原因；若界面有問(wèn)題，則可能是制程中或設(shè)計(jì)中方方面面的問(wèn)題（這不廢話嘛）。

分析開(kāi)始了。首先需要最少低容8pcs電芯+容量合格的8pcs電芯。低容電芯再隨機(jī)分兩組為低容A組及低容B組，容量合格電芯隨機(jī)分兩組為合格A組及合格B組。而后將兩個(gè)A組電芯放電至靜止電壓3.0V左右（文武習(xí)慣于0.5C放電至3.0V后再0.2C放電至2.5V；當(dāng)然對(duì)象是鈷酸鋰和三元+石墨負(fù)極）；而后拆解低容及合格電芯，將正極片以85℃以上的溫度真空烘烤24h（具體烘烤參數(shù)文武沒(méi)有DOE驗(yàn)證過(guò)，不過(guò)可以確定給出的參數(shù)是可以完成分析的），而后稱量低容正極片與合格正極片的重量差異；若低容極片重量明顯低于合格正極片或低于工藝范圍，則基本可以判斷低容為正極涂布偏輕所致。對(duì)于烘烤后稱量極片重量文武有兩點(diǎn)需要補(bǔ)充：一是雖然正極的首次不可逆鋰源會(huì)使正極損失一點(diǎn)重量，但總不可逆鋰源的重量?jī)H占正極鋰源的5%左右、占正極片重量的0.5%以下，即使再加上由析鋰所造成的不可逆鋰源，其引起的正極偏輕也不會(huì)低于極片總重的1%；電解液在烘烤過(guò)程中不可能完全被烤干，但實(shí)際殘留部分的重量相對(duì)極片重量而言也很有限。總體來(lái)說(shuō)，烘烤正極后稱量極片重量與卷繞前極片實(shí)際重量相比，誤差不會(huì)超過(guò)2%。況且有容量合格正極重量與低容極片重量相對(duì)比，此種方法還是比較可信的（另外還聽(tīng)說(shuō)過(guò)可以通過(guò)極片上面擦拭什么東西會(huì)更有助于電解液的烤干，其細(xì)節(jié)及原理文武不懂，希望有知道的朋友不吝指教）。二是同樣的方法不適合于負(fù)極，原因?yàn)樨?fù)極化成時(shí)會(huì)增加很多的重量，但可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)給出化成后負(fù)極增重比例進(jìn)而反推負(fù)極片重量、判斷低容是否為負(fù)極過(guò)量不足引起；但文武沒(méi)有做過(guò)類似實(shí)驗(yàn)，有興趣的朋友可以自己測(cè)試一下。

若確認(rèn)了正極偏輕為低容的原因的話則是萬(wàn)幸，但實(shí)際上這萬(wàn)幸的概率往往是萬(wàn)一而已。這樣的話就要靠對(duì)低容B組及合格B組的分析了。B組電芯需要滿充，而后拆解對(duì)比負(fù)極界面差異。低放電容量低等價(jià)于低充電容量等價(jià)于負(fù)極滿充界面會(huì)有異常。其實(shí)大部分情況，只要低容發(fā)生了，那不論電芯是低容還是容量合格，其界面都會(huì)有類似的異常，只是程度不同而已。記錄電芯界面情況時(shí)，也需要同時(shí)記錄對(duì)應(yīng)電芯實(shí)際容量，最后一般會(huì)得到類似于低容程度高的電芯其界面異常更為嚴(yán)重的結(jié)論。

       

 

 

 

電芯低容的分析—設(shè)計(jì)

 

 

低容的原因從大面上可分為設(shè)計(jì)及制程兩個(gè)方向。本文先講設(shè)計(jì)，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(duì)電芯容量的影響尤為重大。由于文武的理論較差且?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(huì)析鋰低容”問(wèn)題的答案，故雖然自己遇到過(guò)幾次由于材料匹配造成低容的情況，但對(duì)其發(fā)生的原理卻一直是一知半解、僅有一些自己的猜測(cè)而已。對(duì)于新負(fù)極或新電解液而言，若重復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)每次電芯都會(huì)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(shí)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(jì)的面密度壓實(shí)過(guò)大造成電芯無(wú)法適應(yīng)大倍率充放電。雖然個(gè)中的理論我們沒(méi)法弄清，但出了問(wèn)題先詢問(wèn)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(wú)效或干脆沒(méi)有建議，那就更換材料吧.

隔膜也是一個(gè)可能造成低容的影響因素，文武之前在使用國(guó)內(nèi)某廠單層PP低成本隔膜時(shí)（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(huì)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(gè)型號(hào)使用半自動(dòng)卷繞時(shí)隔膜打皺的程度要輕很多且對(duì)容量的影響也就有1%，不過(guò)也不能成為停用該隔膜的依據(jù)。

容量設(shè)計(jì)余量不足也會(huì)造成低容。由于正負(fù)極涂布、分容柜的誤差及貼膠對(duì)容量的影響，設(shè)計(jì)時(shí)必須要留有一定的容量余量。設(shè)計(jì)容量余量時(shí)，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(jì)算富余。對(duì)于新材料而言，正極在該體系下的克發(fā)揮的準(zhǔn)確評(píng)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(huì)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(jì)值人為調(diào)高，也等價(jià)于設(shè)計(jì)容量不足。電池的界面一點(diǎn)問(wèn)題也沒(méi)有、整個(gè)制程數(shù)據(jù)也沒(méi)有問(wèn)題，但是電池就是低容。故新材料一定要注意評(píng)估準(zhǔn)確的正極克發(fā)揮，并非同一個(gè)正極在與任何負(fù)極、電解液相配時(shí)都有著一樣的克發(fā)揮。

負(fù)極過(guò)量也會(huì)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(guò)量并非“只要不析鋰”即可。在不析鋰的負(fù)極過(guò)量的下限繼續(xù)提高負(fù)極過(guò)量，正極克發(fā)揮也會(huì)有1%~2%左右的提升（不過(guò)原理想不太明白），當(dāng)然即使提升了，單為了設(shè)計(jì)容量輸出越大越好的話，負(fù)極過(guò)量依舊是只要保證不析鋰即可。當(dāng)負(fù)極過(guò)量太高的時(shí)候，正極克發(fā)揮又會(huì)降低，原因?yàn)榛蓵r(shí)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(méi)有。

注液量較低時(shí)，相應(yīng)的保液量也會(huì)降低，當(dāng)電芯的保液量偏少時(shí)，則鋰離子在正負(fù)極嵌入脫嵌的效果就會(huì)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(huì)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（例如文武曾經(jīng)將一款型號(hào)的注液量降低至2.45g/Ah，結(jié)果死的很慘）只是會(huì)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(shí)吸液越困難的型號(hào)，其多余的電解液應(yīng)該更多一些才對(duì)，以保證電解液浸潤(rùn)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(méi)法給一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)而只能以實(shí)驗(yàn)作為依據(jù)。電芯保液量不足時(shí)，正負(fù)極片會(huì)比較干，負(fù)極上面會(huì)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(gè)因素。

 

電芯低容的分析—制程

 

如果設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)或過(guò)往批次已經(jīng)確定的告訴了我們?cè)O(shè)計(jì)不會(huì)是造成低容的原因，那么制程的造成的異常就很值得懷疑了。

正極或負(fù)極涂布偏輕可直接造成電芯低容。當(dāng)正極涂布偏輕時(shí)，滿充電芯的界面不會(huì)有異常，此時(shí)需要通過(guò)文武在《思路》里面給出的烘烤測(cè)量正極片重量的方法來(lái)確定問(wèn)題。負(fù)極作為鋰離子的接受體，其可提供的嵌鋰位置數(shù)量一定要大于正極提供的鋰源數(shù)量，否則多余的鋰就會(huì)在負(fù)極表面析出，從而形成薄薄的一層較均勻的析鋰。如前所述，由于負(fù)極極片重量不能直接取電芯拆出極片的烘烤重量，故一是可以另作實(shí)驗(yàn)找到負(fù)極增重比例以通過(guò)電芯拆出負(fù)極片的烘烤重量推算涂布重量，二是可以對(duì)比低容與合格電芯或析鋰電芯與不析鋰電芯負(fù)極相對(duì)重量（滿不滿充無(wú)所謂，因?yàn)閷?duì)比的是相對(duì)的重量），若是合格電芯負(fù)極相對(duì)重量都要偏重一些且同時(shí)低容電芯負(fù)極出現(xiàn)了薄薄一層負(fù)極析鋰的情況，那負(fù)極過(guò)量不足的可能性就很大了。另外，正極或者負(fù)極涂布陰陽(yáng)面也會(huì)造成低容，而其中又以負(fù)極單面涂布偏輕為主，因?yàn)檎龢O即使涂布重了，雖然克發(fā)揮會(huì)降低，但總的容量不會(huì)降低反而甚至可能升高。判斷陰陽(yáng)面就很簡(jiǎn)單了，一面界面OK一面析鋰基本可以斷定為陰陽(yáng)面，如果負(fù)極工藝為錯(cuò)位涂布的話，直接對(duì)比烘烤后單雙面相對(duì)重量比值、只要得出類似于A面比B面涂布輕了6%這樣的數(shù)據(jù)就基本可以斷定問(wèn)題了，當(dāng)然如果此次低容問(wèn)題很嚴(yán)重，那進(jìn)一步反推A/B面的實(shí)際面密度也是有必要的。（如果負(fù)極頭尾都是對(duì)齊涂布的，那文武暫時(shí)找不到好的稱量單面重量的方法，同時(shí)也希望有經(jīng)驗(yàn)的朋友們賜教）輥壓會(huì)破壞材料的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響容量的發(fā)揮。一個(gè)材料之所以會(huì)有諸如容量、電壓等的性能，其分子或原子結(jié)構(gòu)為根本原因。當(dāng)正極輥壓密度超工藝值（原因可能為輥壓厚度低于工藝下限，但更可能的因素是涂布重了還繼續(xù)按原輥壓工藝輥壓）時(shí)，其電芯拆開(kāi)后正極片會(huì)很亮。若正極壓實(shí)太大，卷繞后正極片易斷片也會(huì)造成低容。但由于正極壓死會(huì)造成極片一折就斷、正極輥壓本身就需要很大的壓力，所以遇到正極壓死的頻率較負(fù)極壓死會(huì)低很多。當(dāng)負(fù)極壓死時(shí)，負(fù)極表面會(huì)形成一條條或者一塊塊的析鋰（與負(fù)極過(guò)量不足時(shí)幾乎覆蓋整個(gè)負(fù)極表面的薄薄一層的析鋰差異較大），同時(shí)電芯的保液量會(huì)明顯降低。當(dāng)壓實(shí)進(jìn)一步增加時(shí)，析鋰的塊狀區(qū)域增加的同時(shí)、析鋰的量（析鋰顏色偏白的程度）也會(huì)增加，電芯表面白金兩種顏色分明且很干涸，看起來(lái)甚至讓人作嘔。

水含量超標(biāo)也會(huì)造成低容。當(dāng)電芯注液前水極片水含量超標(biāo)、注液手套箱露點(diǎn)不合格、電解液水含量超標(biāo)、除氣二封引入水分時(shí)，電芯都有可能低容。電芯化成時(shí)需要痕量的水分，但是當(dāng)水分超過(guò)一定值時(shí)（注液前極片水含量大于250ppm，僅供參考），多余的水分會(huì)破壞SEI膜并消耗電解液中的鋰鹽，從而降低電芯容量。