王宜金：聚合物電池抗跌落性能解決方案—HMA粘接
圖為東莞市澳中電子材料有限公司王宜金
王宜金：這個里面包含了四項內(nèi)容，一個是開發(fā)的背景，一個是應(yīng)用案例，還有產(chǎn)品性能。
剛才有專家在講，電池的安全性能方面從Pack方面來下手，實際上從電芯內(nèi)部也有很多的工作可以做。我們常常都會遇到這樣的問題，我們的手機或者是電子產(chǎn)品，掉到地上以后，或者是其他的不小心衰落以后會產(chǎn)生一個問題，拿起來以后開不了屏了，這種情況下并不是說是整個機器發(fā)生了問題，實際上是因為它電芯的問題，電芯在里面已經(jīng)成了一個玻璃芯了。
在整機跌落以后經(jīng)常會遇到一個問題，就是說沒有電壓輸出，嚴重一些的還會遇到什么問題？冒煙、起火漏液、腐蝕等等這些問題。在這里我們可以看到的圖片是常見的，發(fā)生內(nèi)短路以后他們進行了一些起火方方面的問題，現(xiàn)在有很多低品牌的一些社，他用的電芯不太好的話，偶爾還會聽到說，摔過以后爆炸的一些情況。
我們主要是針對這方面做了一些工作，隨著現(xiàn)在的電子產(chǎn)品的發(fā)展，對于電芯跌落的一個標準，實際上也是越變越嚴了。目前我們所看到的這個是國內(nèi)比較具有代表意義的一家公司跌落的一個標準的變化。
在2015年5月份以前，實際上我們可以看到，它的標準是0.3米、0.7米、1米、1.2米、1.4米，在這個情況下跌兩輪，再加上不可以有著火的情況，再往后就變成了跌5輪了，這種情況下不可以有短路、發(fā)熱、著火等不良情況。
在前一年的情況，這些標準在我們整個的鋰電池生產(chǎn)體系里面，應(yīng)該是沒有幾家敢真正做到的，大家在樣品階段可以做到，真正到應(yīng)用階段可以做到的是極少的。
在這個方面大家也需要做一些工作，在跌落之后現(xiàn)在又增加的一些新的對安全方面的一些要求，就是滾筒測試，這個滾筒測試就會更嚴格一些，原來是0.5米，要循環(huán)100次，到現(xiàn)在這個，也是除了不允許有短路、起火、發(fā)熱等現(xiàn)象發(fā)生。
目前這個圖片是電芯滾筒測試比較常用的一些設(shè)備。
我們可以看一下，在跌落的情況下，聚合物電芯常發(fā)生的問題是什么？實際上在跌落的這種情況下，42%左右會出現(xiàn)沒有輸出的情況，這由于我們常見的手機掉地上之后再拿起來不能打的情況，另外就是外面的鋁箔破損，還有里面的鋁箔破損，再就是瘴氣、變形等情況，這種情況會導致什么問題？沒有輸出頭部會短路，另外一個是鋁箔撕裂了以后，隔離膜破損。我們搞電池的大家也都知道，電池最怕的就是短路，一旦短路了以后，電流就會變得非常大，發(fā)熱、起火、爆炸，什么事都來了，除了這些之外，還會產(chǎn)生一些頂峰的沖開，這些就會導致電解液溢出來，這樣我們在使用電池的時候就會產(chǎn)生腐蝕的問題。
我們來看一下這個結(jié)構(gòu)，其實裸電芯和外面的包裝鋁箔之間是沒有任何固定措施。沒有固定措施，在裸電芯的收尾部分往往還會貼綠膠。這個里面要做電解液進去，本身這個裸電芯和包裝鋁箔之間就沒有什么固定的措施，這樣鋁電芯就會來回運動了，這樣就會造成很多的安全問題。
解決這個問題說起來也很簡單，就是怎么樣把裸電芯跟包裝鋁箔之間固定住，但是固定住又需要不應(yīng)該現(xiàn)在電池的生產(chǎn)工藝，否則的話這個代價就有點大了。
實際上這里是貼了一些膠紙的，為了不影響原有的生產(chǎn)工藝，我們就開發(fā)了熱能型的膠帶，膠帶外觀跟原有的綠膠是沒有什么區(qū)別的，所不同的是，我們充分利用了鋰電池生產(chǎn)過程里面的一個工藝。
我們看一下上面的圖片，經(jīng)過熱壓以后，它這個膠的寬度比以前寬了很多，這里又會有一個什么問題？我們知道電芯里面的一個結(jié)構(gòu)設(shè)計不是一個完全平的平面，這種情況下熱壓的平整度都會受到一定的影響，這種情況先有可能會產(chǎn)生的是，一邊的膠出的多，一邊出的少。
我們通過放大鏡來看，就是電池外觀的要求比較高，為了解決這個問題，就需要開發(fā)雙面型的膠帶，如果用直接的雙面膠可不可以，除了性能不好之外還會有一些問題，雙面膠兩面都是黏性的，如果用直接有黏性的這種，入殼的時候會有一個問題，一旦入的位置不對，或者需要輕微移動的時候，在這個時候就移動不了了。在這個情況下我們就需要來解決這個問題，把一面設(shè)計為有黏性的，直接貼在機組上面，另外一個是在正常的狀態(tài)下是沒有黏性的，它是需要高溫高壓以后才可以發(fā)揮黏性的，來實現(xiàn)它既能夠把裸電芯和外面的包裝鋁箔固定在一起，又能夠不影響它正常的工序使用這樣一個目的。
這是這個產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，單面型的比較簡單，就是一層PT加了一個熱熔膠，中間加一層PET薄膜，下面加了一層保護層。通過高溫高壓這一道工序之后，它的黏性才可以發(fā)揮出來。
單面型基本上固定在80的厚度規(guī)格上，雙面型目前是16、23、25、50。優(yōu)勢是單面型的工藝非常簡單，價格也便宜，但是劣勢是電池的外觀比較難控制。雙面型的外觀就會更好一些，粘接面積會更大一些。對于我們的制造工藝來講是會復雜一些的，造價相對來說就會高一些。
這是在鋰電池里面的應(yīng)用實例。這是取代了收尾的綠膠。電芯跌落測試通過率從10%提高到了95%。
這個膠是應(yīng)用在電池的內(nèi)部，對它的化學性能要求的會高一些，我們可以看一下，對主要的是要防止這種膠體能夠和電解液發(fā)生反應(yīng)。在做這個方案的時候，我們主要是針對電解液來高溫浸泡這樣一個過程來對它進行確認。我們可以看到，經(jīng)過長時間的一個高溫浸泡以后，它的電解液的水含量、黏度基本上都是穩(wěn)定的。
除了這個之外，電池也會有耐溫方面的一些要求，這是我們現(xiàn)在對這個膠粘帶的一個分析結(jié)果，這個是250多度。我們認為在這個溫度情況下，熱穩(wěn)定性是可以滿足的。
除了這個之外，要看它在電池長期的一個使用情況下，對循環(huán)狀況會不會造成影響？經(jīng)過600個循環(huán)之后還遠遠高于了80%這樣一個標準。
在這個之外還會有一個對電池尺寸的影響要求。我們也知道，電子部件對尺寸的要求越來越嚴，電芯現(xiàn)在比較高的要求是在600循環(huán)左右，它的膨脹不可以超過10%，現(xiàn)在目前來看，我們基本上是控制在8%以下，所以還是可以滿足使用要求的。
總結(jié)來說，終端對例電池的可靠性要求會越來越高。對這種跌落也好、材料的損傷造成的安全問題，大家的重視度也越來越高了。
謝謝大家！ 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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