陳海東

（深圳市合豐嘉大科技有限公司，廣東深圳 518000）

目前，由于全球范圍內(nèi)對(duì)可再生能源發(fā)電的推進(jìn)和化石燃料的使用以減少CO2排放，推動(dòng)了新能源電池的使用和發(fā)展，隨著鋰離子電池技術(shù)的進(jìn)步，新能源電池已成為可持續(xù)發(fā)展能源的重要選擇。全球范圍內(nèi)關(guān)于新能源電池的研究工作正在不斷增加，未來(lái)的研究和工業(yè)發(fā)展將離不開新能源這一概念。對(duì)于新能源電池行業(yè)來(lái)說(shuō)，全面質(zhì)量管理正成為該行業(yè)進(jìn)步和發(fā)展的新一輪助力點(diǎn)[1]。

1 新能源電池行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

為了滿足用戶的需求以及保護(hù)環(huán)境的要求，新能源電池行業(yè)企業(yè)需要大力發(fā)展新能源技術(shù)?？梢哉f(shuō)，新能源技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)對(duì)電池業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的影響。

可再生能源，如水力發(fā)電、光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電，已成為解決石油枯竭、能源需求增加和人為全球變暖等相關(guān)問(wèn)題的最廣泛應(yīng)用的解決方案。太陽(yáng)能和風(fēng)能依賴于具有間歇性和波動(dòng)性特征的天氣資源，所以，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，成為被廣泛接受的解決方案之一。其具有快速響應(yīng)能力、持續(xù)的電力傳輸?shù)葍?yōu)勢(shì)。在電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中，最關(guān)鍵的問(wèn)題是確定電池的大小、能量來(lái)源、制造材料等，以滿足電池的技術(shù)改進(jìn)需要，以及平衡原因技術(shù)改進(jìn)耗費(fèi)的人力物力成本。許多企業(yè)和研究所已經(jīng)通過(guò)一系列的標(biāo)準(zhǔn)和方法來(lái)優(yōu)化不同的新能源電池。各地政府已經(jīng)啟動(dòng)了有關(guān)可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略和激勵(lì)措施的政策。此外，預(yù)計(jì)到2025年，太陽(yáng)能光伏和陸上風(fēng)能的價(jià)格將分別下降43%和26%[2]。

1.1 新能源電池的開發(fā)難點(diǎn)

盡管可再生能源具有環(huán)境優(yōu)勢(shì)和可持續(xù)性，但在其中應(yīng)用于新能源電池時(shí)仍存在兩個(gè)主要問(wèn)題。①可再生能源的生產(chǎn)強(qiáng)烈地依賴于當(dāng)?shù)氐奶鞖夂蜌夂驐l件。不可調(diào)度的可再生能源的間歇性和隨機(jī)性會(huì)給新能源電池行業(yè)帶來(lái)不確定性。②隨著可再生能源普及率的增加，現(xiàn)有的常規(guī)電力系統(tǒng)更難適應(yīng)可再生能源發(fā)電量的增加。

以鋰硫電池為例，鋰硫電池面臨的重大關(guān)鍵挑戰(zhàn)主要來(lái)自以下因素：①硫和硫化鋰的電子和離子絕緣性質(zhì)，可能導(dǎo)致活性物質(zhì)的不良使用和放電容量的限制。②中間體多硫化鋰在電解質(zhì)中的溶解。再循環(huán)過(guò)程中，長(zhǎng)鏈鋰多硫化物中間體（Li2S4到Li2S8）高度溶于甘氨基和二惡烷溶劑。這些中間體可以在陰極和陽(yáng)極之間自由遷移，導(dǎo)致穿梭現(xiàn)象，活性物質(zhì)持續(xù)損失，導(dǎo)致放電容量低，容量快速衰退。同時(shí)，硫和聚硫化物在充電后或在靜息狀態(tài)下在電解質(zhì)中緩慢溶解，會(huì)引起較強(qiáng)的自放電行為。③由于硫和硫化鋰之間的密度差異導(dǎo)致陰極循環(huán)的大體積變化。這可能會(huì)導(dǎo)致電極的粉碎和結(jié)構(gòu)損傷。④金屬鋰離子的不均勻固體電解質(zhì)界面和枝晶生長(zhǎng)，導(dǎo)致可逆性差，庫(kù)侖效率低，甚至更嚴(yán)重的內(nèi)部短路，導(dǎo)致安全問(wèn)題。

1.2 現(xiàn)有的新能源電池種類

目前市面上較為常用和常見的新能源電池主要是鋰硫、鋰氧及相應(yīng)的基于金屬鋰負(fù)極的全固態(tài)電池。在新型儲(chǔ)能技術(shù)的探索中，基于鋰和硫的鋰硫電池由于2500 Wh/kg 或2800 Wh/L 的高理論能量密度而受到了極大的關(guān)注。此外，硫的含量相對(duì)便宜，是地殼中最豐富的元素之一，這使得鋰離子電池成為一種很有吸引力和低成本的儲(chǔ)能技術(shù)。

作為可充電電池評(píng)估中最重要的特性之一，能量密度的提高主要推動(dòng)了整個(gè)電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)從鉛酸電池、鎳鎘電池和鎳金屬氫化物電池到鋰離子電池的發(fā)展。在過(guò)去的鋰離子電池中，可充電鋰離子電池的高能量密度改變了便攜式電子的現(xiàn)狀。然而，即使在完全開發(fā)時(shí)，鋰離子電池所提供的最高能量密度仍不能滿足市場(chǎng)的長(zhǎng)期需求。因?yàn)榭沙潆婋姵氐哪芰棵芏仁怯申?yáng)極和陰極的比容量和工作電壓決定的，所以需要研究不同于鋰離子系統(tǒng)的新的電化學(xué)和技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能的階梯式變化。因此，鋰硫和鋰電池以及相應(yīng)的所有基于金屬鋰陽(yáng)極的固態(tài)電池在目前受到了相當(dāng)大的關(guān)注。鋰電池的陰極反應(yīng)與鋰離子電池的插層機(jī)理有根本的不同硫和氧的可逆還原。

1.3 新能源電池發(fā)展方向和要求

不同類型的新能源電池性能存在較大的差異，對(duì)于鋰硫電池來(lái)說(shuō)，鑒于硫的電子絕緣性和多硫化物鋰在電解質(zhì)中的溶解，一種典型的策略也是將硫與導(dǎo)電主體材料封裝，以提高電導(dǎo)率，并將多硫化物鋰限制在主體內(nèi)。將元素硫填充成多孔導(dǎo)電碳材料是早期的主要方向。由于納米技術(shù)的發(fā)展，各種碳材料被用作硫的載體，例如一維碳納米管和納米纖維、二維石墨烯、中孔碳和微孔碳以及它們的混合物。其核心思想是通過(guò)調(diào)節(jié)孔隙結(jié)構(gòu)和孔隙分布，使元素硫在宿主表面高度分散，從而促進(jìn)電子和離子傳導(dǎo)，并通過(guò)物理俘獲限制多硫化物的溶解。對(duì)于鋰氧電池來(lái)說(shuō)，未來(lái)可以進(jìn)一步研究主要產(chǎn)物和副產(chǎn)物的電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程及其生成和分解機(jī)理。了解空氣電極的電流密度、充放電的反應(yīng)過(guò)程如何影響主產(chǎn)品Li2O2的形態(tài)、尺寸和覆蓋范圍，探索空氣電極上副產(chǎn)品Li2CO3的結(jié)構(gòu)、分布和生長(zhǎng)機(jī)制，指導(dǎo)我們開發(fā)新的空氣電極材料，減少副產(chǎn)品的產(chǎn)生，提高電池系統(tǒng)的往返效率。

2 全面質(zhì)量管理的含義

全面質(zhì)量管理是20世紀(jì)80年代初提出的一種管理方法，旨在提高商業(yè)企業(yè)的質(zhì)量和生產(chǎn)力。20世紀(jì)90年代，全面質(zhì)量管理在企業(yè)中廣受歡迎，這些企業(yè)開始采用這種注重客戶滿意度和提高企業(yè)績(jī)效的管理理念。在全面質(zhì)量管理相關(guān)的研究文獻(xiàn)中，大多數(shù)公司認(rèn)為全面質(zhì)量管理和績(jī)效之間存在正相關(guān)關(guān)系，但一些公司的經(jīng)營(yíng)狀態(tài)并未反映出這一特點(diǎn)。全面質(zhì)量管理無(wú)法成功得到實(shí)踐運(yùn)用，原因可能在于工作人員并未能深入?yún)⑴c到各種業(yè)務(wù)流程中，并被培訓(xùn)成為更稱職的企業(yè)員工。

另外，高級(jí)管理人員面臨的挑戰(zhàn)是培養(yǎng)一種支持質(zhì)量控制和管理理念的組織文化。針對(duì)新能源電池行業(yè)來(lái)說(shuō)，目前除了一些頭部企業(yè)正在研發(fā)自主前沿的新能源電池，一些致力于新能源電池領(lǐng)域的中小企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)平面化，部門接口較少，但這也通常使得工作環(huán)境更加靈活。新能源電池行業(yè)屬于制造業(yè)的一種，這些制造業(yè)的中小企業(yè)所雇用的工人通常綜合素質(zhì)水平并不十分高，這也容易影響了全面質(zhì)量管理實(shí)施的程度。

制造業(yè)的全面質(zhì)量管理實(shí)踐是資源密集型的，并在長(zhǎng)期的實(shí)踐中產(chǎn)生和反映出富有成效的結(jié)果。

3 全面質(zhì)量管理在新能源電池行業(yè)的應(yīng)用案例

為充分說(shuō)明全面質(zhì)量管理在新能源電池行業(yè)的有效性和重要性，文中以萬(wàn)向一二三新能源電池企業(yè)萬(wàn)向123為例進(jìn)行闡述。萬(wàn)向123的前身是A123，于2001年在麻省理工學(xué)院成立。2016年，萬(wàn)向123在捷克共和國(guó)開設(shè)了一家工廠，為不斷增長(zhǎng)的歐洲市場(chǎng)提供服務(wù)。其客戶包括戴姆勒-奔馳、保時(shí)捷、捷豹-路虎和其他歐洲主流汽車公司。

在深入實(shí)施全面質(zhì)量管理之前，公司缺乏與供應(yīng)商協(xié)同管控來(lái)料質(zhì)量的渠道；供應(yīng)商對(duì)品質(zhì)管控的步伐跟不上，致使來(lái)料質(zhì)量問(wèn)題較多，無(wú)法排除潛在風(fēng)險(xiǎn)；質(zhì)量整改執(zhí)行力不夠，任務(wù)顆粒度粗，可追溯性差，致使同類問(wèn)題重復(fù)發(fā)生。在實(shí)施全面質(zhì)量管理之后，萬(wàn)向123企業(yè)與供應(yīng)商協(xié)同管控來(lái)料質(zhì)量的信息平臺(tái)，幫助供應(yīng)商建立“有問(wèn)題先自查”的質(zhì)量管控方法，實(shí)時(shí)了解自己的產(chǎn)品質(zhì)量；樹立供應(yīng)商的質(zhì)量責(zé)任意識(shí)，減少質(zhì)量問(wèn)題的推諉和埋怨；全面提升企業(yè)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)控能力，“一切讓數(shù)據(jù)說(shuō)話”。

4 全面質(zhì)量管理中的有效案例——以電暈機(jī)為例

4.1 電暈機(jī)簡(jiǎn)介

電暈機(jī)常用來(lái)解決印刷掉色，材料粘接不牢固，涂布脫膠不均勻，顏色不飽滿、印不上去等問(wèn)題，都是由于附著力達(dá)不到要求造成的。解決的辦法是提高材料的表面附著力，從而很好地解決這些問(wèn)題?，F(xiàn)在流行的辦法是采用電暈進(jìn)行表面處理，可提高材料表面附著力。粗化材料表面，提高材料表面張力，使油墨、膠水和涂料更好地粘接到處理過(guò)的材料表面；與此同時(shí)，電暈過(guò)程中產(chǎn)生的臭氧可改變材料表面的分子結(jié)構(gòu)，使其由非極性轉(zhuǎn)變?yōu)闃O性。印刷能長(zhǎng)期保證色彩飽滿，畫面清潔，從而達(dá)到理想的印刷和粘接效果。

4.2 箔材除油的原理

電暈處理的原理主要是通過(guò)在放電極與電暈處理輥（一般為鋁輥、不銹鋼輥、噴陶瓷輥）之間施加高頻、高壓電源（高頻交流電壓高達(dá)5 000～15 000 V/m2），當(dāng)電壓超過(guò)1～2 mm 的空氣間隙的電離電阻時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生連續(xù)放電，沖擊鋁材表面，使箔材表面軋機(jī)油鏈狀分子斷裂，在電暈機(jī)產(chǎn)生的溫度作用下表面油層揮發(fā)，通過(guò)風(fēng)機(jī)排出，從而達(dá)到箔材表面除油的效果，使鋁材的表面張力得到進(jìn)一步的提高，最終改善表面涂覆的牢度。

整個(gè)電暈機(jī)系統(tǒng)以及連接示意圖如圖1所示。

圖1 電暈機(jī)連接示意圖

其中，主機(jī)的任務(wù)是提供能量。電源電壓經(jīng)過(guò)整流，借助濾波器、扼流圈平滑、IGBT 等對(duì)該直流電壓進(jìn)行斬波，以產(chǎn)生頻率范圍在20～40 kHz 之間的接近矩形的電壓?？梢院?jiǎn)單通過(guò)修改受控整流器上的相位控制角，來(lái)影響輸出功率。另外，高壓變壓器將主機(jī)的功率傳輸至放電架，產(chǎn)生所需的高壓，由此實(shí)現(xiàn)電暈過(guò)程。電暈放電架為高壓輸出端，也是和材料接觸位置，主要由接地的反壓輥和一個(gè)或多個(gè)通過(guò)陶瓷絕緣的高壓電極組成。此外，風(fēng)機(jī)的任務(wù)一方面是排除放電時(shí)產(chǎn)生的臭氧，另一方面冷卻高壓電極，避免溫度過(guò)高而損壞。

使用電暈機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的示意圖如圖2所示。

圖2 電暈機(jī)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施圖

4.3 電暈機(jī)在新能源行業(yè)的作用和意義

深圳市合豐嘉大科技有限公司主營(yíng)的電暈機(jī)具有較高的機(jī)械性能，為展示電暈機(jī)性能特點(diǎn)，進(jìn)行了不同條件下的箔材衰減試驗(yàn)。圖3可反不同試驗(yàn)條件下箔材衰減的情況。

圖3 箔材衰減統(tǒng)計(jì)

綜合而言，電暈機(jī)能夠助力新能源電池行業(yè)解決底涂過(guò)程中因材料油污問(wèn)題導(dǎo)致的產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定問(wèn)題。相比酸堿洗的傳統(tǒng)工藝，電暈機(jī)鋁箔除油更加環(huán)保，工藝參數(shù)也更加可控，為新能源電池行業(yè)提供了一個(gè)全新的可選方案。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及各領(lǐng)域?qū)W科交融現(xiàn)象的深化，新能源電池行業(yè)的發(fā)展勢(shì)頭不斷向好。新能源電池行業(yè)為我們提供了更加環(huán)保和可持續(xù)的能源解決方案，為制造業(yè)、材料工業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用。作為新能源電池行業(yè)中必不可少的電暈機(jī)這一機(jī)械設(shè)備，其可以處理各種均質(zhì)薄膜材料。如塑料薄膜、金屬板、金屬薄膜、真空鍍鋁薄膜等。對(duì)于各種異形件比如電子元器件，電暈機(jī)也能發(fā)揮巨大作用。對(duì)于一個(gè)新能源電池企業(yè)來(lái)說(shuō)，以電暈機(jī)制造為例，全面質(zhì)量管理能夠有效提升企業(yè)活力，優(yōu)化產(chǎn)品的性能，為其可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)持的基礎(chǔ)。