如何更好攻克動力電池的電芯一致性

電芯的一致性是動力電池比較重要的一項指標，單體電芯性能的優(yōu)劣決定著電池組整體的性能水平，如果存在一致性問題，單體電芯在進行多種串并聯(lián)后，會直接影響電池組的壽命、安全以及動力電池的制造成本和維護成本。基于此，電池企業(yè)和整車企業(yè)無不將電芯的一致性作為重要的考量指標。

電芯一致性的影響因素

電芯的一致性問題給電池企業(yè)和整車企業(yè)帶來不小的困擾，電芯容量、電壓等種種的不一致，不僅影響電池性能，更為電池應用埋下安全隱患。影響電芯一致性的因素較多，原材料、生產(chǎn)過程、BMS系統(tǒng)乃至出廠檢驗都可能是問題之源。

電池材料：電解液的配比、純度，溶劑的純度，活性材料的顆粒及分布、材料的成分穩(wěn)定性，隔膜參數(shù)的穩(wěn)定均勻性，包括隔膜的空隙、厚度誤差、靜電等。

設備方面：電芯生產(chǎn)設備穩(wěn)定性差、自動化程度低、設備加工精度低、設備與工藝匹配不佳都會影響動力電芯的一致性。

人員操作：在自動化水平較低的企業(yè)，人員未進行標準化作業(yè)、作業(yè)熟練程度不一致、管理失控造成的員工士氣波動、員工的流動等都會影響到動力電芯的一致性。

生產(chǎn)方法：操作指引不明確或有缺陷、來料檢驗文件有缺陷、工藝頻繁變更、工序標準不完善等。

生產(chǎn)環(huán)境：廠房不達標、設備故障導致溫濕度不達標、天氣影響等。

此外，BMS系統(tǒng)的設計水平也直接影響動力電芯的一致性。

高質(zhì)量殼體材料為一致性提供新保障

一直以來，業(yè)內(nèi)解決動力電芯的一致性問題的目光多集中于電池的內(nèi)部，多從隔膜、電解液等方面著手，電池中國網(wǎng)在對電池生產(chǎn)企業(yè)的調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，解決動力電芯的一致性問題，電芯殼體材料不可缺席。尤其是在動力電池方面，新能源汽車動力電芯數(shù)量比較龐大，要保證成百上千的電芯具有同樣的壽命和同樣的安全品質(zhì)并非易事，除了向電池內(nèi)部的化學體系以及BMS、PACK等尋求解決的途徑之外，動力電芯的殼體材料的影響也不可忽視。

在動力電芯的全生命周期內(nèi)，各種應用環(huán)境會使動力電芯受到振動、擠壓甚至變形，因此，電芯殼體的質(zhì)量至關(guān)重要，好的殼體材料和好的工藝可以在很大程度上減少安全隱患。

鋰電池殼體材料一般分為鋁殼和鋼殼，方形鋰電池主要采用易加工成型的鋁材料作為外殼材料，而圓柱形鋰電池則多采用具有較強物理穩(wěn)定性的鋼材材料作為外殼材質(zhì)。為了防止電池正極活性材料對鋼殼的氧化，生產(chǎn)企業(yè)通常采用鍍鎳的方式來保護鋼殼的鐵基體。

值得關(guān)注的是，對動力電芯一致性影響較大的一個環(huán)節(jié)就是對殼體材料鍍鎳。后鍍鎳和預鍍鎳，結(jié)果大不同。目前，國內(nèi)廣州東時創(chuàng)展能源材料有限公司(以下簡稱“東時創(chuàng)展”)、湖南東洋利德材料科技有限公司、上海臧鴻貿(mào)易有限公司等企業(yè)均在預鍍鎳電池鋼殼材料領(lǐng)域有所布局，推動解決動力電池的一致性問題。

東時創(chuàng)展總經(jīng)理韓壽南向筆者介紹，預鍍鎳的電池殼體材料在生產(chǎn)過程中因采用特殊的熱處理擴散工藝，使鎳層與基帶之間形成更深的鎳鐵擴散層，保證了鎳鍍層的致密性、附著力和同步延伸性，這樣就使鍍鎳鋼板經(jīng)圓筒加工后依然具有出色的鍍層附著力，同時具有更強的耐腐蝕性。該項技術(shù)也在湖南東洋利德材料科技有限公司得到了應用，公司生產(chǎn)的電池殼體鍍鎳深沖鋼帶，經(jīng)過特殊工藝處理后，使鋼殼內(nèi)表面具有2μm以上厚度的鎳防腐層，克服了滾鍍鋼殼內(nèi)外表面鍍層不均的問題。

韓壽南也表示，鋼帶先鍍鎳，再沖壓成殼，這樣使鋼殼鍍層均勻，解決了后鍍鋼殼底部基本無鎳、口部鎳層過厚的問題。“后鍍鎳工序在電鍍的環(huán)節(jié)，出現(xiàn)內(nèi)壁鍍層不均勻，鍍層容易脫落，金屬粉末在鋰電池里面是一個致命的風險，而預鍍鎳則能降低這一風險?！?br/>
殼體材料要一致沖壓設備很關(guān)鍵

對于動力電芯的一致性，殼體材料所使用的沖壓設備也很重要。目前，國內(nèi)普遍使用后鍍鎳殼體材料，且多用國產(chǎn)設備。韓壽南表示，進口設備在設備精度、模具精度和工作效率方面都要優(yōu)于國內(nèi)設備。

東時創(chuàng)展在沖壓系統(tǒng)以及強度方面做了改良，以適合進口設備的高速沖壓，國產(chǎn)設備每分鐘可沖60~70個，進口設備則高達180個甚至更多?？陀^地講，使用的沖壓設備越多，生產(chǎn)出的殼體材料一致性越難以保證，其尺寸的精度公差也就越大。

據(jù)了解，國內(nèi)以前也有預鍍鎳鋼材的生產(chǎn)，不過從基材到整個生產(chǎn)工藝，與國外都有一定差距。比如，日本最大的鋼鐵制造商新日鐵住金株式會社，一直為特斯拉的動力電芯提供預鍍鎳鋼殼材料，是國內(nèi)電池殼體材料生產(chǎn)企業(yè)學習的對象。對于這些國際上的“老牌勁旅”，國內(nèi)企業(yè)應該“師夷長技”，迎頭趕上，最大程度降低沖壓設備對動力電芯一致性造成的影響。