蔣濛：動力鋰電池的性能提升－新工藝及其工業化
圖為中南創發鋰電事業部經理蔣濛博士
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發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？是不是續航里程的一個焦慮癥？可不可以快充？在冬天續航里程直接減半，連加熱系統都不敢開，還是說成本仍然太高，買不起，還是漢高分享的，我們容易起火？
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、一個是新的模組結構。
我們看一下，大家在手尾環節其實是下足的工夫，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論一下我們在PVD上面的一個思考。什么是PVD？其實用學術的話來講就是物理氣象沉積，或者叫物理磁共建設。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，或者叫做界面改善技術。其實對于電芯來說，它發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，我們就可以去發揮我們的想象力，對它來進行一個改善。
我們為什么會想到用PVD的方法？其實中南創發在PVD這個行業已經積攢了十幾年的經驗。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運用現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構是可以被設計的，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，我們如果拿石墨作為把材，我們可以把它原有的一種層狀的結構改變成一個無定型的結構，它很像在鋰電界很有名的硬碳，它有很多的優勢，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壽命。我們是幫蘋果這邊做了十幾年的工作，但是現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，其實補理這個技術已經不是非常新了，在很早之前日本的一些專家就提出來了，包括現在的新能源，一些大的鋰電公司，其實也曾經嘗試過在極片表面進行一個補理，因為它的優勢比較多，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壽命。
這個是我們做的一個提升容量的一些數據，我們容量在PVD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計來操控。也就是說工程的極限是可以被我們掌握的。
量產方面的優勢，其實很多公司也曾經嘗試過來做補鋰，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在鋰電池所要求的一致性。
我們和現在中國最大的鋰把材的供應商來進行合作，他們也幫我們來優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。這個方法已經成功的應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，只有把各家的優勢結合在一起，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，也可以連續生產。
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的情況下去做的？
蔣濛：我們不是連續滾動的，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心的問題，我們現在做到的是，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：蒸度隨著是可調的，我們目前沒有優化最優的走速比，我們也在研究不同的度層厚度與性能之間的關系，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的，目前沒有最優的速度給到你這邊。
提問：怎么穩定鍍上去的鋰？
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，后面對你的生產有沒有影響？
蔣濛：目前我們看到的實驗結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。上去之后已經不是純的金屬鋰了，它是鋰的一種化合態。
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