東時(shí)創(chuàng)展韓壽南：預(yù)鍍鎳材料鋼殼對(duì)電池一致性、安全性的重要作用
廣州東時(shí)創(chuàng)展能源材料有限公司總經(jīng)理韓壽南作主題演講
11月17日，“2017’第二屆動(dòng)力電池應(yīng)用國(guó)際峰會(huì)暨第三屆中國(guó)電池行業(yè)智能制造研討會(huì)”在北京精彩召開。本屆峰會(huì)由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)和電池中國(guó)網(wǎng)共同主辦，天津力神電池股份有限公司聯(lián)合主辦；中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)動(dòng)力電池應(yīng)用分會(huì)承辦，無(wú)錫先導(dǎo)智能裝備股份有限公司聯(lián)合承辦。參加此次峰會(huì)人數(shù)超600人。
在動(dòng)力電池技術(shù)創(chuàng)新分論壇上，廣州東時(shí)創(chuàng)展能源材料有限公司總經(jīng)理韓壽南作主題演講，就鋰電池預(yù)鍍鎳鋼殼材料的發(fā)展進(jìn)行了詳盡的介紹。
以下為韓壽南演講內(nèi)容：
我們公司自1994年開始關(guān)注電池行業(yè)殼體用材，1999年協(xié)同日本的新日鐵住金株式會(huì)社細(xì)分研發(fā)出堿性、二次、扣式電池鋼殼專用材料，近二十年來(lái)，我們致力于圓柱電池殼體材料的研發(fā)和品質(zhì)提升。近兩年針對(duì)鋁殼、防爆片、反轉(zhuǎn)片等方型鋰電池相關(guān)材料開發(fā)，在提高鋰電池一致性、容量提升、延長(zhǎng)電池壽命面等方面持續(xù)努力。
目前國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)電池鋼殼采用的是冷板沖制成鋼殼再電鍍的方式，按不同細(xì)分電池殼體的需求使用不同的材料牌號(hào)。目前我們主要有針對(duì)堿性電池鋼殼的SPCEN-BTD-SB、二次電池鋼殼的SPCC-BT-SD、扣式電池的SPCC-BT-SB,這是參考日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的表示方法。國(guó)內(nèi)主流中高端電池采用就是這幾款材料，主要由我們東時(shí)供應(yīng)，或者其他渠道供應(yīng)部分。
鋼殼對(duì)電池有什么重要性呢？它是電池能量來(lái)源的一個(gè)載體，所有的正負(fù)極材料，電解液都是儲(chǔ)存在這個(gè)殼體基礎(chǔ)上的，如果殼體保存不好，有很大風(fēng)險(xiǎn)，正常的能量就無(wú)法發(fā)揮出來(lái)。穩(wěn)定、耐腐蝕性能、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，還有焊接性能，都是鋼殼必須具備的。從這幾個(gè)方面探討我們?nèi)绾芜x擇一個(gè)好的鋼殼，首先是基材，這是我們這二十年來(lái)為什么能夠生存下來(lái)的原因，因?yàn)樾氯砧F住金生產(chǎn)的基材雜質(zhì)成分相對(duì)比較少，而且長(zhǎng)期控制得比較穩(wěn)定。對(duì)電池來(lái)說，出現(xiàn)漏液的可能性幾率較低。此外，基材加工性能和強(qiáng)度的平衡。特別我們?cè)陔姵刂圃鞎r(shí)需要做二次加工，比如鋰電池的滾槽環(huán)節(jié)，也有一部分的影響。如何保證鋼殼強(qiáng)度的同時(shí)，保證一定的加工性能，這是我們材料的優(yōu)勢(shì)。其次，沖壓鋼殼的尺寸精度、一致性高，有利于電池高速自動(dòng)生產(chǎn)線的裝配。第三，電鍍環(huán)節(jié)，鍍層的均勻性會(huì)影響電池的品質(zhì)和安全性能。后面我會(huì)再介紹。最后就是物流和保存環(huán)節(jié)。
剛才介紹的是我們?cè)瓉?lái)的一些舊的技術(shù)基礎(chǔ)，今天我們要講的新技術(shù)，新日鐵住金的預(yù)鍍鎳材料。原來(lái)的生產(chǎn)模式用冷軋鋼板（簡(jiǎn)單一點(diǎn)就是鐵），沖制成鋼殼之后再去做電鍍。這款材料是我們?cè)谄桨宓臅r(shí)候已經(jīng)做好了電鍍處理，跟原來(lái)傳統(tǒng)電鍍方式有些不同的地方，是它有一個(gè)擴(kuò)散層，我們也叫合金層（鎳鐵合金）。我給大家舉一個(gè)形象的例子，比如說原來(lái)鍍層的原理是這樣的方式，我們手掌碰手掌，只是附著在上面的方式，而鎳鐵擴(kuò)散則是十指相扣的方式。這種擴(kuò)散方式，對(duì)材料本身或者用這個(gè)材料做成的產(chǎn)品，耐腐蝕性能和鎳的附著性比較好。我們可以根據(jù)不同鋼殼的加工要求，比如沖壓變薄的拉伸比，對(duì)鋼板的材質(zhì)做一些改進(jìn)。還有表面，亮一點(diǎn)的表面或者粗糙一點(diǎn)，做一些調(diào)制，具體的使用案例，在右邊綠色的框框里面，堿性，鎳氫，鎳鉻。
這是簡(jiǎn)單的一個(gè)生產(chǎn)工藝的介紹，我們?cè)陔婂冞@個(gè)環(huán)節(jié)，除了高純度的電鍍工藝之外，還有一個(gè)退火的工藝，會(huì)形成我們的鎳鐵合金的狀態(tài)。這個(gè)鎳鐵合金層，這是一個(gè)圖表，
我們先看右邊是沒有擴(kuò)散的材料，藍(lán)色線條是代表鎳，紅色線條是代表鐵，他們?cè)谶^渡過程中，比如我在穿過鎳之后，馬上它那個(gè)曲線下滑是很厲害的，馬上就沒有了，就變成鐵了，等于平滑性是很快的。最左邊這個(gè)是有一個(gè)比較寬的擴(kuò)散層，這里會(huì)影響到我們整個(gè)材料的耐腐蝕性能。下面這個(gè)圖表是指對(duì)比了三種方式，一個(gè)是沒有擴(kuò)散的，還有一個(gè)輕微擴(kuò)散的，還有我們耐腐蝕的材料。
預(yù)鍍鎳與后電鍍鋼殼的比較，預(yù)鍍鎳殼體內(nèi)面鍍層更均勻，因通過擴(kuò)散處理，擁有卓越的電鍍粘合性，加工沖壓性能良好。后電鍍殼體，特別是內(nèi)面底部周圍，出現(xiàn)幾乎無(wú)電鍍的狀況。這就是我剛才解釋的殼體外部和內(nèi)部鍍層均勻性的問題。
我們看一看紅色線條和其他顏色的線條，紅色線條是我們的預(yù)電鍍材料，沖壓之后能保證鍍層在一個(gè)平穩(wěn)的狀態(tài)。但是如果用后電鍍的方式，大家可以看到左邊跟右邊的上端的部分比較容易附著到鎳，那個(gè)鍍層是比較厚。在殼的下端和底部，鍍層的厚度是很薄的。到了殼體外側(cè)，我們紅線處于很平穩(wěn)的水平，但是用后電鍍的工藝，有些地方很厚，有些地方很薄，這對(duì)鎳的原材料是浪費(fèi)的。
這個(gè)PPT是介紹我們?cè)谶M(jìn)行二次加工滾槽的時(shí)候發(fā)生的一些問題，預(yù)電鍍鋼殼，這個(gè)位置大家可以看到色差，最表面是鎳，這部分開裂的情況不太明顯。后電鍍鋼殼則有出現(xiàn)一些裂紋，這個(gè)是一個(gè)致命的風(fēng)險(xiǎn)。大家都知道日本的索尼公司是鋰電池的鼻祖，2006年當(dāng)時(shí)出現(xiàn)過一次鋰電池筆記本爆炸。以前他們也是用后電鍍的工藝生產(chǎn)電池，后來(lái)經(jīng)過這次爆炸事故之后，他們發(fā)現(xiàn)主要是金屬粉末的掉落殘留，導(dǎo)致的安全隱患，所以把鋼殼的后電鍍工藝改成預(yù)電鍍的工藝。
目前預(yù)電鍍鋼殼，堿性一次性電池使用也比較廣泛，對(duì)氣體產(chǎn)生量和導(dǎo)致漏液的情況控制比較好，所以他們基本能夠保證十年以上的使用期。另一方面，鋰離子二次電池部分，可以減少鐵離子的溶出，提高電池的安全性。此外，我們?cè)诤箅婂児に囍校芏嚯婂儚S商為了增加鋼殼外觀色澤、亮度，會(huì)加入硫這個(gè)因素，硫其實(shí)對(duì)電池來(lái)說是一些不好的成分。我們做了一個(gè)測(cè)試，如果含硫的鍍鎳板，會(huì)檢測(cè)出一毫安的溶解電流，在初充電前溶解的風(fēng)險(xiǎn)大，也就是有發(fā)生微短路的風(fēng)險(xiǎn)。
還有一個(gè)問題，我們殼體的殼口部分，這個(gè)是毛刺，左邊部分是比較大的，這個(gè)毛刺我們?cè)跐L槽封口的時(shí)候，很容易脫落，是一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)。右邊我們毛刺比較少，脫落的幾率也相對(duì)少一些。
舉個(gè)例子，日韓電池企業(yè)為什么能夠做到高容量，比如日本企業(yè)18650能做到3700mA,他們采用的殼體材料方面也有一定的差異。另外，國(guó)外的電池企業(yè)據(jù)我了解，基本沒有做SST的測(cè)試，也沒有反映質(zhì)量問題。
目前除了這款材料我們東時(shí)還能做什么呢？我們持續(xù)針對(duì)一些殼體材料進(jìn)行研發(fā)和技術(shù)方面的提升，比如材料的耐腐蝕性能的優(yōu)化等。還有提升電池容量、增加強(qiáng)度的一些材料，我們都愿意跟客戶一起去開發(fā)，甚至跟結(jié)構(gòu)件的廠商做一些設(shè)備和工藝方面的改進(jìn)。我們目前也給很多國(guó)內(nèi)的電池結(jié)構(gòu)件的廠商提供整套的解決方案，從材料到設(shè)備到清洗各方面都有。我們還做一件事情，比如我們現(xiàn)在很多圓柱型的殼體有防爆線，防爆線怎么設(shè)計(jì)，我們可以來(lái)做電腦模擬，通過對(duì)刻槽的模擬解析，提供最合適的安全閥建議。。
我們很歡迎在座的專家和朋友能夠跟我們一起來(lái)做一些有關(guān)電池性能提升方面的技術(shù)交流。謝謝大家！最后再次感謝一下主辦方給我們這個(gè)機(jī)會(huì)可以跟大家交流分享。謝謝大家！
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