攻克电芯一致性难题 壳体材料进入行业视野

电芯的一致性是动力电池比较重要的一项指标，单体电芯性能的优劣决定着电池组整体的性能水平，如果存在一致性问题，单体电芯在进行多种串并联后，会直接影响电池组的寿命、安全以及动力电池的制造成本和维护成本。基于此，电池企业和整车企业无不将电芯的一致性作为重要的考量指标。

电芯一致性的影响因素

电芯的一致性问题给电池企业和整车企业带来不小的困扰，电芯容量、电压等种种的不一致，不仅影响电池性能，更为电池应用埋下安全隐患。影响电芯一致性的因素较多，原材料、生产过程、BMS系统乃至出厂检验都可能是问题之源。

电池材料：电解液的配比、纯度，溶剂的纯度，活性材料的颗粒及分布、材料的成分稳定性，隔膜参数的稳定均匀性，包括隔膜的空隙、厚度误差、静电等。

设备方面：电芯生产设备稳定性差、自动化程度低、设备加工精度低、设备与工艺匹配不佳都会影响动力电芯的一致性。

人员操作：在自动化水平较低的企业，人员未进行标准化作业、作业熟练程度不一致、管理失控造成的员工士气波动、员工的流动等都会影响到动力电芯的一致性。

生产方法：操作指引不明确或有缺陷、来料检验文件有缺陷、工艺频繁变更、工序标准不完善等。

生产环境：厂房不达标、设备故障导致温湿度不达标、天气影响等。

此外，BMS系统的设计水平也直接影响动力电芯的一致性。

高质量壳体材料为一致性提供新保障

一直以来，业内解决动力电芯的一致性问题的目光多集中于电池的内部，多从隔膜、电解液等方面着手，电池中国网在对电池生产企业的调研中发现，解决动力电芯的一致性问题，电芯壳体材料不可缺席。尤其是在动力电池方面，新能源汽车动力电芯数量比较庞大，要保证成百上千的电芯具有同样的寿命和同样的安全品质并非易事，除了向电池内部的化学体系以及BMS、PACK等寻求解决的途径之外，动力电芯的壳体材料的影响也不可忽视。

在动力电芯的全生命周期内，各种应用环境会使动力电芯受到振动、挤压甚至变形，因此，电芯壳体的质量至关重要，好的壳体材料和好的工艺可以在很大程度上减少安全隐患。

锂电池壳体材料一般分为铝壳和钢壳，方形锂电池主要采用易加工成型的铝材料作为外壳材料，而圆柱形锂电池则多采用具有较强物理稳定性的钢材材料作为外壳材质。为了防止电池正极活性材料对钢壳的氧化，生产企业通常采用镀镍的方式来保护钢壳的铁基体。

值得关注的是，对动力电芯一致性影响较大的一个环节就是对壳体材料镀镍。后镀镍和预镀镍，结果大不同。目前，国内广州东时创展能源材料有限公司(以下简称"东时创展")、湖南东洋利德材料科技有限公司、上海臧鸿贸易有限公司等企业均在预镀镍电池钢壳材料领域有所布局，推动解决动力电池的一致性问题。

东时创展总经理韩寿南向笔者介绍，预镀镍的电池壳体材料在生产过程中因采用特殊的热处理扩散工艺，使镍层与基带之间形成更深的镍铁扩散层，保证了镍镀层的致密性、附着力和同步延伸性，这样就使镀镍钢板经圆筒加工后依然具有出色的镀层附着力，同时具有更强的耐腐蚀性。该项技术也在湖南东洋利德材料科技有限公司得到了应用，公司生产的电池壳体镀镍深冲钢带，经过特殊工艺处理后，使钢壳内表面具有2μm以上厚度的镍防腐层，克服了滚镀钢壳内外表面镀层不均的问题。

韩寿南也表示，钢带先镀镍，再冲压成壳，这样使钢壳镀层均匀，解决了后镀钢壳底部基本无镍、口部镍层过厚的问题。"后镀镍工序在电镀的环节，出现内壁镀层不均匀，镀层容易脱落，金属粉末在锂电池里面是一个致命的风险，而预镀镍则能降低这一风险。"

壳体材料要一致 冲压设备很关键

对于动力电芯的一致性，壳体材料所使用的冲压设备也很重要。目前，国内普遍使用后镀镍壳体材料，且多用国产设备。韩寿南表示，进口设备在设备精度、模具精度和工作效率方面都要优于国内设备。

东时创展在冲压系统以及强度方面做了改良，以适合进口设备的高速冲压，国产设备每分钟可冲60~70个，进口设备则高达180个甚至更多。客观地讲，使用的冲压设备越多，生产出的壳体材料一致性越难以保证，其尺寸的精度公差也就越大。

据了解，国内以前也有预镀镍钢材的生产，不过从基材到整个生产工艺，与国外都有一定差距。比如，日本最大的钢铁制造商新日铁住金株式会社，一直为特斯拉的动力电芯提供预镀镍钢壳材料，是国内电池壳体材料生产企业学习的对象。对于这些国际上的"老牌劲旅"，国内企业应该"师夷长技"，迎头赶上，最大程度降低冲压设备对动