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深圳吉阳自动化公司总经理阳如坤演讲
10月22日消息，第五届华南锂电(国际)高层论坛于2010年10月22日至23日在深圳市民中心大礼堂举行，本次论坛主题为中国锂电，从
10月22日消息，第五届华南锂电(国际)高层论坛于2010年10月22日至23日在深圳市民中心大礼堂举行，本次论坛主题为“中国锂电，从制造走向创造!——2010对话储能和动力”。
来自中国、美国、英国、德国、澳大利亚、日本、韩国等全球各国政要、商会领袖、锂电专家、能源专家、投行机构、金融机构高管汇聚深圳“剑”指新能源。
“华南锂电高层论坛”自2006年起迄今已成功举办四届。“第五届华南锂电(国际)高层技术论坛”包含国内外新能源巨头演讲及对话、行业优秀技术论文演讲、优秀获奖论文评选、年度十大风云人物评比、中国最具价值的新能源企业评选等。
以下为深圳市吉阳自动化科技有限公司总经理阳如坤演讲的文字实录：
谢谢主持人，我今天讲的题目是大型动力电车的制造，上午张博士、比克他们几位都讲到了这方面，我想今天主要还是想针对动力电池制造方面的一些内容选了一个侧面跟大家作一些交流，因为大家都在做小电池，做得应该还是不亦乐乎，也做得挺好，但是也有很多困惑，针对大电池应该来怎么做，他面临的一些问题。我感觉我们很多人做的时候以为把这个电池放大了就可以做成大的动力电池了，但是从我对这个东西的理解我觉得还是有一些方面需要我们配合。
我讲的主要分几个方面，第一个是讲动力电池制造及基本要求，我还想讲几种大型动力电池制造方面的一些比较跟大家说一说，围绕我们选择的一种方形的卷绕动力电池怎么样做这一开跟大家做一些深入地交流，最后我想针对动力电池制造过程中的一些细点的问题跟大家作一些探讨。
大家都知道动力电池有些基本的要求，首先是安全性，倍率特性、一致性、长循环性等等，我这里简单跟大家提一个醒，我觉得动力电池与常规的数码电池的比较有几个方面提出来跟大家说一说，第一个，我很少在一个场合里面看到有关电场对整个电池的一些性能的影响，还有电池内部变形，由于大型动力电池带来很多的问题，还有一个是热分布，热分布研究得比较多，还有热分布的这一块也是有一些问题。这是这几个主要方面的一些区别。
动力电池出来之后增大尺寸以后，整个内部的电或者是分布都会产生一些影响，大家都可以去看一看在电场在整个电池里面会产生一些影响，左边这个是圆柱形的电场内部的分布情况，下面的方形电池正负极相对的时候，整个电场内部事有变化的，大家可能觉得锂离子大家互相面对面没有什么影响的，但是大家要记住电池里面有很多的游离的离子，这些离子对整个的电池会产生分布、产不变化的。这种变化我们分析下来主要是造成一部分在循环过程当中是不一致的，相当于比如说说我们叠片电池面对面有些地方交换得很频繁，有些地方交换得不够，相对来说参加循环的程度是不够的，这个我认为也是导致电池不均匀很重要的方面。这样的现象在我们一些叠片的电池里面反应比较明显，尤其是我们单头出两个基柱平行出来的时候在一个方面出来的时候比较明显，我们的电池在解剖这些电池的时候也发现了这个问题。
第二个方面由于电池比较大，他的变形是很难避免的，下面这个图就是变形比较厉害的一种情况(PPT)，大家知道一旦电池内部出现缝隙以后，就会产生参与反应会少，间隙就会生成支晶，支晶的长大也会此船隔膜，这是电池安全方面很重要的一个影响。
下面这个图是很多的参考文献上会看到(PPT)，由于热的不均匀会产生的影响，我想提醒大家很重要的比如方形电池的图，他的脊柱的周围热是比较低的，他的整个导热是比较好的，这种电池我们做整个热分布的时候多动作一些脑筋怎么样把它做得更好。下面的圆柱电池相对来说看上去比较均匀一些，尤其是在组合电池的时候，很多的客户往往说到一个组合的电池，为什么在头上和尾上这个电池容易坏，中间的电池往往不容易坏，其实我们可以去参考，实际上多数的原因由于热的方式引起的。
还有两个方面，一个是集流的设计和电解液的分布，集流的设计主要是讲到热均衡和集流面积的设计的问题，这里面我觉得作为我们动力电池设计的时候一定要注意这个问题。电解液的分布，前面很多的人讲到电解液这方面，我想从制造的角度来说其实电解液第一个是要足够，第二是不能太富余，第三要充分地能够吸到这个极片里去，我想这个是对于大电池来说这方面是往往非常重要的，尤其我们客户做的很多大的叠片电池，由于他放的姿态经常是一个固定的姿态，如果说我们的电解液没有很好地去渗透的话，实际上对整个电池的一致性和循环性能都会有很大的差别，都会有很大的影响。
下面我想说一下我们认为几种可能的动力电池的一个制造方法和比较，这里我主要列了几种，一个是Z字型的叠片，第二是卷绕式的叠片，大家会看到国外有这样的机器，还有方形的卷绕和圆形的卷绕。从制造方法和特点来说，其实Z字型或者是卷绕式的叠片电池我们认为最大的问题是毛刺控制的问题和制造效率的问题，这是制约叠片电池最重要的方面，因为目前在我们看来真正能够把毛刺控制好还是非常困难的，因为我们看到很多的客户这个叠片电池掉粉掉得一塌糊涂，我们在分析这个电池最后叠出来的电池它的合格率的时候，实际上自短路还是最大的，对电池的性能影响还是最大的，有些可能叠完以后我们检查不短路，但是最终做成电池以后循环一段时间以后发现这个方面对电池的影响非常大，相对来说叠片电池的效率偏低。还有一种方形的卷绕动力电池，他相对来说可以分条毛刺控制比较好，掉粉比较少，制造的效率比较高一些，今天我重点想讲方形的卷绕动力电池。还有一种是圆形的卷绕，比如1826我们做得比较成熟了，这里面还可以做得比较大一些，比如说他们做了10几Ah或者20Ah左右的，这是很不错的，这种电池也有他的优点，边缘毛刺比较容易控制，掉粉比较少，制造效率相对比较高。在我看来，我们所有做的电池当中其实从制造的角度来看还是圆柱电池的一致性是最好的，刚才我说到了其实从它的电场分布也可以看得出来，还有从我们的制造角度从他的功率控制来说也比较容易控制，即使我们卷绕过程当中采用这种锥度的张力控制可以把电解液将来吸收得很好，这对于圆柱电池来说我们认为是一个好的发展方向。今天我想跟大家强调的还是在方形的卷绕动力电池制造方面。
从大型的动力电池的制造，我想分一个是电池的结构、工艺流程、关键工序制造要点这三个部分来讲。
第一个，从结构上来说，大家可能都知道有三种结构，一种是可以接多极耳焊，我把多极耳焊上去，我把它电池叠起来做成这样的电池。第二种不需要焊极耳，我直接在边上留出极耳来，两头做极耳，这种电场分布是非常好的，对于我们实现大电流的设计和集流的设计是比较好的，我们认为是一种比较好的结构。另外可以用极光切极耳，切出来是这样的，可以对得比较对称，用现在的控制来说解决这方面没有什么问题。根据我们的时间宽度可以做到100、200毫米，长度做到200、300毫米没有问题的，容量做到20Ah甚至做到50、60Ah目前国内都有这样的案例。这是结构这一块。
从它的工艺流程，这个图没法放大(PPT)，从他的工艺流程来看，我们从极片分切完开始烘烤、卷绕，电芯要做频压，然后电路测试，后面做入壳等等几个流程，工艺的流程跟常规的没有很大的区别。我想跟大家探讨几个关键的工序，第一要实现这种电池的生产对于涂附要求相对比较高一些，他边缘的厚度一定不像现在的电池往往边缘是厚的，我们希望能够做得稍微薄一点，边缘的厚度比中间的厚度稍微薄一点，我们把它卷起来一重叠起来的时候，边缘如果厚了我们很多客户做的叠片电池可能有这种现象，边缘一厚叠个50、60个层形成了缝隙，我刚刚说的缝隙现象可能在这里很危险，在这里对于这种电池来说我们一定要做到边缘适当地薄一点尤其是正极，负极可能不一定要这样。第二是他的均匀性最好控制在1个um以下，这对于我们涂附机是有难度的，我们来说3个um也能够把极耳控制到一定的程度，涂附来说这两个要点是不能少的。还有滚压这一点，我们很多把集流体压得变形了，这个滚压一定不能过狠，不能让集流体变得不均匀的延展。第二建议采用热滚压的技术，第三是采取合理的压实密度，如果电池压得过狠，导致晶格结构破裂的时候对电池本身也不好的。第四建议滚压的支晶尽量大一些，比如说700以上或者是800这样的要求。
在这里我想简单探讨一下，因为我下面讲一下动力电池的卷绕方面，引起方形的卷绕动力电池变形的一个机理，大家可能比较清楚，首先他的内心是因为我们极片在侵入电解液以后会膨胀，他会出现不均匀的，正极负极的膨胀率和隔膜出现的变化率是不一样的，还有一个是我们隔膜和极片他本身在电池循环的过程当中锂离子嵌入嵌托的过程当中收缩率也是不一样的，还有一个是锂离子在迁移的过程当中极片也会出现膨胀和收缩，这是整个的卷绕或者是整个电池他本身的内因引起的。外因首先是张力的变化，尤其是我们方形的卷绕动力电池，一会儿我有一个图会给大家演示，他在张力是在周期性地变化的，还有一个原因我们卷绕的过程当中由于拉力的原因会越卷越紧，会导致这种里松外紧，形成了底下这个图的S形，这种S形在我们电池做了几个循环之后表现得非常明显的。
为了解决我们刚刚说的这个问题，我们也作了一些研究，就是我们采用了一种浮动卷绕技术，这个是我们研究的一种通过浮动卷绕来实现这种电池的内部张力的控制，我刚刚说了电池在卷绕过程当中由于力的周期变化会形成张力的不一致，导致这个电池的内部变形，我们通过这种浮动卷绕让极片进入卷绕的时候，他相对来说是一个切线，这样整个电池张力来说是比较均匀一些。
这是我们一个实际的仿真图(PPT)，我们采用了两种，一个是浮动卷绕，另外一个在卷动的过程当中张力也是变化的。还有就是控制这个方形电池卷绕变形还有一种是变转速的方式，在电池极片接触隔膜的时候冲击力产生的变化，我们可以采用变转速和变张力的控制，尤其是电池相对比较厚的时候，变张力的控制也是非常重要的。还有一点可以采取合理的卷针设计，卷针的形状对整个的变形起主要作用的一个方面。这个图是我们采取横角速度和变角速度出来的一些张力变化的结果，我们可以看到张力可以缩小1倍左右。
对于我刚才说的我们这种电池需要组合的时候，我们需要把它压实、贴合得更加紧密，这里一些热冷轧和隔膜定型的技术也是比较重要的，我们也开发了一种设备来解决热冷压这方面的一些技术，主要是为了提高有效地接触还有同时通过这个方面可以提高这个电池的循环特性和他的一致性，相当于保证这个电池在比较一致的情况下去生产。
这是我们一个电池组合的一个包扎的机器，刚刚热冷压完的电池，通过一个电池把多个电芯包扎在一起，实现大电池的生产，这个机器实际上就是给大家展示一下，主要是保证紧密贴合，保证他的一致性，保证他的后续能够实现自动化，我们往往用人工去包扎这个东西的时候包扎出来往往一致性比较差，比如极耳对齐、电池对齐这些东西都比较差，通过这种方式可以让这个电池本身做得一致性更好一些。这里我简单把电池的几个主要的做大型动力电池的几个主要的工序跟大家说一下，实际上这里还有一些工序，比较通用的就不在这里说了。
今天我有几个简单的结论，第一个我们提高这种大型的方形的卷绕动力电池设计的时候有以下几个要点，第一是考虑电场，第二是考虑热分布，第三是集流的设计和电解液的分布设计都要充分考虑，不是说把电池放大了就能够解决问题。第二个方面，我想说的就是我们给大家推荐了一种能够简单、高效、高合格率去制造大型动力电池的可能性，但是说实话还是跟大家说的可能性，第三点我想跟大家说的其实动力电池也有很多种方式去做，其实每一种方式都有他的优点和他的缺点，关键是我们做了这种电池我们就考虑我这种电池的优势是什么、缺点是什么，把他的优势发挥到极致，把他的缺点克服调就是一个好电池。比如说大一点的20、30左右的圆柱形的电池，比如叠片电池我们把毛刺和效率怎么控制好了，也做成一个好的电池。张博士上午说的，电池原则上你要做大，你一定要考虑它存在的问题和缺点，把这些东西解决清楚了我们就敢做大的了，否则我还是建议大家做小一点，做到4、5Ah就够了，谢谢大家!
【现场互动】以前也听过您的报告，感觉这次报告您在设备中做了很多的工作。从您做设备的角度，电池角度来看，动力电池您觉得他的尺寸的大小对于你一致性的影响会有多大?
【阳如坤】是指对自身设备的影响吗?
【现场互动】指你从设备的角度来看，对电池的一致性，如果我是做小规模的。
【阳如坤】从一致性的角度来说一定是小的好。
【现场互动】小的比大的好做?
【阳如坤】我记得毛博士曾经做过一个报告，我认为他分析是比较透的，主要还是我们制造环境对电池的影响搀进来很多东西，但是小的容易控制的。
【现场互动】有一个统计学的问题，我一个大的电池相当于好多个小的电池的串并联，你制造的时候啊这个因素考虑在内了吗?
【阳如坤】小的有一个统计平均，从该里来说他分得越细他的统计的西格玛就越小，是这样的效率。
【现场互动】谢谢!
【现场互动】温度场的分布问题，比如说你做成很大的电池，虽然有些地方可以用强制冷却的方法控制这个温度场的分布，但是电池大了以后他内部的温度场的分布，这个东西和比如说内部短路是紧密联系在一起的，假如说有一点，你进行了内部的短路，虽然是说外壳有一个强制的冷却系统能够把它控制得很好，但是这种形式从理论上来说实践上我们没有很多的数据，在德国有数据，有一些相关的科学家做了这样的实验，即便有强制的冷却，就是我今天讲的这个离子，25个Ah内部的温度可以达到4度之差，即便有强制性的冷却，这是用液态的冷却系统控制的，怎么样控制你这个大型的电池?
【阳如坤】实际上我刚刚提的这个观点，我认为是这样的，对于大电池比如说我们国内游的人做到1000Ah甚至号称做到10000Ah，这个时候如果要做这种电池，我刚才的观点就是内部还要有专门的热设计措施，甚至是散热措施，我电池整个电解液同一个电解液体系里面的内部还要有这个措施，我认为才敢去做，否则的话我个人认为还是不能去做的。刚刚张博士提到的是指多个电池组合的时候可以通过散热来解决，实际上电池内部还要考虑单独的甚至是导热措施和散热措施，因为大家很有经验，我们国内的电池柜是上下，上面的温度和下面不一样，有的电池是上面的容量高下面的容量少，什么原因?热量。这个说明温度对电池的一致性的影响是非常大的。
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