容量是電芯的第一屬性，而電芯容量不足也是樣品和批量生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的問題。本文將主要分析電芯容量不足的問題。

 

什么原因?qū)е码娦镜娜萘坎蛔悖?/p>

聽到電芯容量不足，第一反應(yīng)應(yīng)該是確認(rèn)容量不足問題是否屬實(shí)。很簡單，首先要確認(rèn)是否是電容工藝設(shè)置錯誤，如放電電流大，用充電器充電時間短。如果電容器的步進(jìn)設(shè)置沒有問題，則需要在更換測試點(diǎn)后對電池進(jìn)行分割。當(dāng)然，對于大批量生產(chǎn)甚至是樣品來說，因分容柜誤差造成容量不足的概率是很低的，一般電池真的有問題。

如果復(fù)測后容量仍然偏低，可以確認(rèn)容量不足的問題確實(shí)存在。在確認(rèn)電芯存在容量不足后，還需要進(jìn)一步確認(rèn)容量不足的頻率和嚴(yán)重程度，從整體上掌握容量不足的實(shí)際情況。樣品往往是一批一批的，但生產(chǎn)模式卻有 “該模式一直產(chǎn)能不足 “和 “該模式偶爾產(chǎn)能不足 “這兩種情況。對于前者，分析時應(yīng)以設(shè)計(jì)、選材角度和批量生產(chǎn)為切入點(diǎn)和優(yōu)先方向。

對于后者，應(yīng)以生產(chǎn)線運(yùn)行和工藝變革為優(yōu)先對象。在確認(rèn)頻率后，還要確認(rèn)相對不重要的嚴(yán)重性，即電芯產(chǎn)能不足的比例和產(chǎn)能低于要求值的比例。對嚴(yán)重性的確認(rèn)更多的是為可能放寬產(chǎn)能規(guī)格和確定庫存不足提供依據(jù)，對問題本身的分析不如對頻率的確認(rèn)重要，但仍然是必不可少的。

 

 

在整體上掌握了容量不足的實(shí)際情況后，就要開始分析了。對于遇到過同樣問題的高水平專家來說，拆掉3塊電芯應(yīng)該可以大致判斷出電芯容量不足的實(shí)際原因。但對于普通人來說，需要采取更系統(tǒng)的方法。在進(jìn)行系統(tǒng)分析之前，可以把之前重新測量過的、充滿電的電芯拆開，看一下接口。

如果沒有問題，很可能是因?yàn)殛帢O涂層太輕或設(shè)計(jì)余量不足。如果界面有問題，可能是工藝或設(shè)計(jì)上的問題。首先，你需要至少8顆容量不足的電芯+8顆容量合格的電芯。然后將容量不足的電芯隨機(jī)分為兩組，即容量不足的A組和容量不足的B組，將合格的電芯隨機(jī)分為兩組，即合格的A組和合格的B組。

然后將兩組A組電芯放電至約3.0V的靜態(tài)電壓。然后拆卸容量不足和合格的電芯，在85℃以上的溫度下真空烘烤陰極電極片24小時，然后稱量容量不足的陰極電極片和合格的陰極電極。如果容量不足的電極片的重量明顯低于合格的陰極電極片或低于工藝范圍，基本可以判斷電芯容量不足是由陰極電極片的輕度涂層造成的。

首先，雖然陰極電極的第一個不可逆鋰源會使陰極電極損失一點(diǎn)重量，但總的不可逆鋰源的重量只占陰極電極鋰源的5%左右，占陰極電極片的重量不到0.5%。陰極電極光源造成的不可逆鋰源不會低于極片總重量的1%。

電解液在烘烤過程中不能完全干燥，但相對于極片的重量，實(shí)際殘留部分的重量是有限的?？偟膩碚f，與線圈前電極板的實(shí)際重量相比，陰極電極烘烤后的稱重極板的重量誤差不超過2%。此外，還有一個容量合格的陰極電極重量和容量不足的電極板重量相對比。

 

 

其次，同樣的方法不適合用于陽極電極，因?yàn)殛枠O電極會增加很多重量，但我們可以在實(shí)驗(yàn)后給出陽極電極的增重比例，然后反推陽極電極片的重量，判斷電芯的容量不足是否是陽極電極過剩造成的。

如果確認(rèn)是陰極電極過輕的原因是容量不足，那就很幸運(yùn)了，但事實(shí)上，這種幸運(yùn)的概率往往只是個案。在這種情況下，就要看對容量不足的B組和合格的B組的分析了。B組電芯需要充分充電，然后拆開，比較陽極接口的差異。放電容量低相當(dāng)于充電容量低，相當(dāng)于陽極充分充電的界面會出現(xiàn)異常。

其實(shí)在大多數(shù)情況下，只要出現(xiàn)容量不足的情況，無論電芯是容量不足還是合格，接口都會出現(xiàn)類似的異常，只是程度不同而已。在記錄電芯的接口情況時，也需要同時記錄相應(yīng)電芯的實(shí)際容量。最后，大體上類似于這樣的結(jié)論：容量不足、程度較高的電芯的界面異常情況比較嚴(yán)重。

 

電芯容量不足的原因：電芯設(shè)計(jì)

容量不足的原因可以分為兩個方向：電芯的設(shè)計(jì)和工藝。材料的匹配，特別是陽極電極和電解液的匹配，對電芯容量的影響特別大。對于一個新的陽極電極或新的電解液，如果重復(fù)測試發(fā)現(xiàn)每次電芯都會析出鋰，出現(xiàn)容量不足的情況，很有可能是材料本身不匹配。

不匹配的原因可能是在形成過程中形成的SEI膜不夠密實(shí)、太厚或不穩(wěn)定，也可能是電解質(zhì)中的PC從石墨層上剝離。也不排除自身設(shè)計(jì)的表面密度過大，導(dǎo)致電池片無法適應(yīng)高速充放電的情況。

分離劑也是可能導(dǎo)致容量不足的一個因素。對于使用單層PP低成本隔膜，手繞電芯隔膜在每層中間位置的縱向上會有皺褶，負(fù)極不能完全插入皺褶處而影響電芯容量。

 

 

容量比、充電截止電流、充放電率、電解液的類型都會影響陰極電極的性能。如果為了達(dá)到目標(biāo)容量而人為地提高陰極電極的設(shè)計(jì)值，就相當(dāng)于設(shè)計(jì)容量不足。電芯的界面沒有問題，整個工藝數(shù)據(jù)也沒有問題，但電芯的容量不足。因此，新材料必須注意評價陰極電極的準(zhǔn)確性能。

不是同一個陰極電極與任何一個陽極電極和電解液相匹配時都有相同的性能。過量的陽極電極也會在一定程度上影響陰極電極的性能，進(jìn)而影響電芯的容量。在沒有鋰沉淀的情況下，繼續(xù)在過剩陽極電極的下限增加陽極電極，陰極電極的性能將增加約1%至2%。

當(dāng)然，即使增加了，設(shè)計(jì)容量輸出越大越好，過剩陽極電極還是只要保證鋰不能析出即可。當(dāng)陽極電極的過剩量過高時，陰極電極的克重性能又會下降，因?yàn)樾枰嗟牟豢赡驿噥硇纬伞．?dāng)然，這種情況發(fā)生的概率幾乎是不存在的。

當(dāng)液體注入量低時，相應(yīng)的液體保留量也會減少。當(dāng)電芯的液體保留量過小時，鋰離子在陰陽電極中的插層和脫層效果就會受到影響，從而導(dǎo)致容量低。雖然減少注液量后，成本和工藝的壓力會降低，但減少注液量的前提必須是不影響電池的性能。

當(dāng)然，減少注液量只會增加電芯內(nèi)液體滯留不足而導(dǎo)致電芯容量不足的概率，并非必然的結(jié)果。同時，模型越難吸液，多余的電解液就應(yīng)該越多，這樣才能保證電解液滲透時與極片更好地接觸。

當(dāng)電芯的保液能力不足時，陰陽極片會相對干燥，陽極電極上會出現(xiàn)一層薄薄的鋰沉積。這一點(diǎn)可以作為保液能力差引起的低容量的因素之一。

 

電芯產(chǎn)能不足的分析：電芯制造工藝

如果設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)或過去的批次已經(jīng)確定，設(shè)計(jì)不會導(dǎo)致容量不足，那么工藝?yán)饩秃苤档脩岩闪?。陰極或陽極電極的光涂層可以直接導(dǎo)致電芯容量不足。當(dāng)陰極電極的涂層較淺時，完全充電的電芯界面不會出現(xiàn)異常。這時，有必要通過烘烤測量陰極電極片的重量來確定問題所在。

 

 

陽極片作為鋰離子的接受體，它所能提供的鋰插層位點(diǎn)的數(shù)量必須大于陰極片提供的鋰源數(shù)量，否則多余的鋰就會在陽極片的表面析出，從而形成一層相對均勻的鋰沉淀。

如上所述，由于陽極板的重量不能直接去除極板的烘烤重量，所以一是可以另做實(shí)驗(yàn)，找出陽極板的增重比例，通過包芯重量去除陽極板的烘烤重量，二是可以比較容量不足的合格電池或三元鋰電池，不分析鋰電池電芯芯的陽極重量。

如果合格電芯的陽極電極相對重量較重，同時陽極電極析出的鋰層較薄，陽極電極不足的可能性很大。另外，在陰極電極或陽極電極的陰陽兩面涂抹也會造成容量不足，其中陽極電極主要是一面涂光，因?yàn)榧词龟帢O電極涂得很重，雖然克重性能會下降，但總?cè)萘坎粫陆怠?/p>

相反，它甚至可能增加。如果陽極電極工藝是錯位鍍膜，直接比較烘烤后單雙側(cè)的相對重量比，只要數(shù)據(jù)類似，A側(cè)比B側(cè)鍍膜輕6%，問題就基本可以斷定。當(dāng)然，如果產(chǎn)能不足的問題非常嚴(yán)重，還需要進(jìn)一步扭轉(zhuǎn)A/B面的實(shí)際面積密度。

軋制會破壞材料的結(jié)構(gòu)，反過來影響產(chǎn)能。材料之所以具有容量、電壓等性能，其分子或原子結(jié)構(gòu)是根本原因。當(dāng)陰極電極的軋制密度超過技術(shù)值時，電池拆開后陰極電極片會非常光亮。

如果陰極電極的密度過大，繞組后陰極電極片就容易斷裂，也會造成產(chǎn)能不足。但是，由于陰極電極壓緊會使極片一折就斷，而陰極電極滾動本身需要很大的壓力，所以陰極電極壓緊的頻率會比陽極電極壓緊的頻率低很多。

當(dāng)陽極電極被壓死后，陽極電極表面會形成條狀或塊狀的鋰析出物，電芯的保液性會大大降低。當(dāng)壓實(shí)度進(jìn)一步加大時，鋰析出的體積面積增加，鋰析出量也增加，電芯表面的兩種顏色的鉑金明顯而干燥。

 

 

含水量過高也會造成電芯容量不足。當(dāng)電池注入前，水電極片的含水量超過標(biāo)準(zhǔn)，手套箱的露點(diǎn)不合格，電解液的含水量超過標(biāo)準(zhǔn)，第二次脫氣密封引入水分時，電芯可能出現(xiàn)容量不足。

電芯形成時需要微量的水分，但當(dāng)水分超過一定值時，多余的水分會破壞SEI膜，消耗電解液中的鋰鹽，從而降低電芯的容量。含水量過高的電芯在充滿電和負(fù)電時，呈小塊的黑褐色。

 

結(jié)論

分析電芯的容量不足，如果有把握可以拆掉幾個外觀不好的電芯就可以基本確認(rèn)問題，如果容量不足造成體積損失需要詳細(xì)報告，或者容量不足的原因是以前從未見過的，需要堅(jiān)定不移地從收集工藝數(shù)據(jù)、比較容量不足和合格電芯、改進(jìn)方案進(jìn)行詳細(xì)分析。