分析的第一步要去思考:
真正的问题是什么?
循环跳水更深层次的问题是什么?
如何去挖掘?
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要回答这些问题,数据排查和搜集是必不可少的,可以从下几个方面入手:
电芯整体分析:小电流恢复,判断容量损失是否可以恢复;EIS分析对比失效电芯的阻抗变化;如果有需求,需要观察电芯内部结构变化,也可以进行CT分析,看失效电芯内部JR的状态变化(费用较高)。
电芯设计排查,分析电芯的设计是否合理,如材料体系搭配是否合理,CB是否合适,压密是否过大等;
测试过程排查,观察是否在测试环节有异常,要查看过程测试的DCR,膨胀力,C/D等数据,观测拆掉电芯夹具后电芯是否鼓胀等;
制程数据排查,分析在电芯制造的各个环节,来料和过程数据是否有异常,排查清单举例如下:
排查工序 | 名称 | 详细信息 |
来料检测 | 阴极 | 粒径分布,克容量,首效率,杂质含量,残碱量,磁性杂质等 |
阳极 | 粒径分布,克容量,首效率,杂质含量,振实密度,石墨化度等 | |
隔膜 | 孔隙度,透气率,陶瓷涂重,浸润等 | |
电解液 | 水含量,电导率,存放时间,杂质含量等 | |
搅拌 | 浆料配方,固含量,粘度,流变,剪切,颗粒度等 | |
涂布 | 涂布重量分布,留样观察,不良统计 | |
冷压 | 粘结力,压密数据,厚度反弹等 | |
热压 | 热压参数,Hip-pot参数,不良统计 | |
注液 | 环境参数,JR水含量,注液系数,静置时间 | |
化成 | 化成流程,化成曲线,同批次拆解界面 | |
相同化学体系排查,分析相同化学体系的设计,在小软包上验证有无问题,有条件的话,也可查看在其他项目上,是否也出现过类似问题;
通过这些初步的定位分析,我们基本对循环失效电芯外在的性能表现(DCR增长异常,膨胀力增长过快,来料批次有波动等,注液系数不足,电芯故障产气等)做出可能的失效原因预估,这样在下一步的电池拆解过程中,我们就可以有目的的去观察相关的细节和保留样品。
第二步,电芯拆解看什么和留什么
电池拆之前,先想一下我们要在什么状态下拆解,如果为了观察界面,满充态,如果单纯为了后续留样分析,进行各种电池制作,则满放态较好。电芯拆开之后,界面情况,卷心不同位置厚度,游离的电解液的量,阳极析锂情况,极片厚度等,要进行完整的拍照,记录,根据我们后续的实验计划安排,针对极片,隔膜和游离电解液(如果有)分别密封留样。
第三步,根据拆解结果设计验证实验验证猜想
失效分析做到这一步很关键,这时候已经根据排查和拆解的数据,有了一个小范围的推测,此时需要根据实际情况,列出可能的失效原因(简单的FTA失效分析树),可以用Xmind来快速有效的帮助分析,设计对应的实验,做有针对性的测试。举例如下:
第四步就是制定改善措施并验证的过程,这一步就是根据验证得到的失效原因,提出对应的改善方案,设计新的电芯,测试评估结果。如果Zui终测试结果表明,电芯循环得到了提升,且达到了目标,那么失效分析即可结束;如果没有,则要按照PDCA法则,持续进行分析和改善。
下来,电芯失效分析的工作需要有较为清晰的逻辑思维能力,需要较为丰富的研发和生产经验。对于刚开始从事电芯开发的小伙伴来说,失效分析不失为一个锻炼提升思维能力的好方法。
