陈海东

（深圳市合丰嘉大科技有限公司，广东深圳 518000）

目前，由于全球范围内对可再生能源发电的推进和化石燃料的使用以减少CO2排放，推动了新能源电池的使用和发展，随着锂离子电池技术的进步，新能源电池已成为可持续发展能源的重要选择。全球范围内关于新能源电池的研究工作正在不断增加，未来的研究和工业发展将离不开新能源这一概念。对于新能源电池行业来说，全面质量管理正成为该行业进步和发展的新一轮助力点[1]。

1 新能源电池行业发展现状

为了满足用户的需求以及保护环境的要求，新能源电池行业企业需要大力发展新能源技术。可以说，新能源技术的应用将会对电池业的发展产生巨大的影响。

可再生能源，如水力发电、光伏发电和风力发电，已成为解决石油枯竭、能源需求增加和人为全球变暖等相关问题的最广泛应用的解决方案。太阳能和风能依赖于具有间歇性和波动性特征的天气资源，所以，电池储能系统应运而生，成为被广泛接受的解决方案之一。其具有快速响应能力、持续的电力传输等优势。在电池储能系统中，最关键的问题是确定电池的大小、能量来源、制造材料等，以满足电池的技术改进需要，以及平衡原因技术改进耗费的人力物力成本。许多企业和研究所已经通过一系列的标准和方法来优化不同的新能源电池。各地政府已经启动了有关可再生能源发展战略和激励措施的政策。此外，预计到2025年，太阳能光伏和陆上风能的价格将分别下降43%和26%[2]。

1.1 新能源电池的开发难点

尽管可再生能源具有环境优势和可持续性，但在其中应用于新能源电池时仍存在两个主要问题。①可再生能源的生产强烈地依赖于当地的天气和气候条件。不可调度的可再生能源的间歇性和随机性会给新能源电池行业带来不确定性。②随着可再生能源普及率的增加，现有的常规电力系统更难适应可再生能源发电量的增加。

以锂硫电池为例，锂硫电池面临的重大关键挑战主要来自以下因素：①硫和硫化锂的电子和离子绝缘性质，可能导致活性物质的不良使用和放电容量的限制。②中间体多硫化锂在电解质中的溶解。再循环过程中，长链锂多硫化物中间体（Li2S4到Li2S8）高度溶于甘氨基和二恶烷溶剂。这些中间体可以在阴极和阳极之间自由迁移，导致穿梭现象，活性物质持续损失，导致放电容量低，容量快速衰退。同时，硫和聚硫化物在充电后或在静息状态下在电解质中缓慢溶解，会引起较强的自放电行为。③由于硫和硫化锂之间的密度差异导致阴极循环的大体积变化。这可能会导致电极的粉碎和结构损伤。④金属锂离子的不均匀固体电解质界面和枝晶生长，导致可逆性差，库仑效率低，甚至更严重的内部短路，导致安全问题。

1.2 现有的新能源电池种类

目前市面上较为常用和常见的新能源电池主要是锂硫、锂氧及相应的基于金属锂负极的全固态电池。在新型储能技术的探索中，基于锂和硫的锂硫电池由于2500 Wh/kg 或2800 Wh/L 的高理论能量密度而受到了极大的关注。此外，硫的含量相对便宜，是地壳中最丰富的元素之一，这使得锂离子电池成为一种很有吸引力和低成本的储能技术。

作为可充电电池评估中最重要的特性之一，能量密度的提高主要推动了整个电化学储能系统从铅酸电池、镍镉电池和镍金属氢化物电池到锂离子电池的发展。在过去的锂离子电池中，可充电锂离子电池的高能量密度改变了便携式电子的现状。然而，即使在完全开发时，锂离子电池所提供的最高能量密度仍不能满足市场的长期需求。因为可充电电池的能量密度是由阳极和阴极的比容量和工作电压决定的，所以需要研究不同于锂离子系统的新的电化学和技术，以实现储能的阶梯式变化。因此，锂硫和锂电池以及相应的所有基于金属锂阳极的固态电池在目前受到了相当大的关注。锂电池的阴极反应与锂离子电池的插层机理有根本的不同硫和氧的可逆还原。

1.3 新能源电池发展方向和要求

不同类型的新能源电池性能存在较大的差异，对于锂硫电池来说，鉴于硫的电子绝缘性和多硫化物锂在电解质中的溶解，一种典型的策略也是将硫与导电主体材料封装，以提高电导率，并将多硫化物锂限制在主体内。将元素硫填充成多孔导电碳材料是早期的主要方向。由于纳米技术的发展，各种碳材料被用作硫的载体，例如一维碳纳米管和纳米纤维、二维石墨烯、中孔碳和微孔碳以及它们的混合物。其核心思想是通过调节孔隙结构和孔隙分布，使元素硫在宿主表面高度分散，从而促进电子和离子传导，并通过物理俘获限制多硫化物的溶解。对于锂氧电池来说，未来可以进一步研究主要产物和副产物的电化学反应过程及其生成和分解机理。了解空气电极的电流密度、充放电的反应过程如何影响主产品Li2O2的形态、尺寸和覆盖范围，探索空气电极上副产品Li2CO3的结构、分布和生长机制，指导我们开发新的空气电极材料，减少副产品的产生，提高电池系统的往返效率。

2 全面质量管理的含义

全面质量管理是20世纪80年代初提出的一种管理方法，旨在提高商业企业的质量和生产力。20世纪90年代，全面质量管理在企业中广受欢迎，这些企业开始采用这种注重客户满意度和提高企业绩效的管理理念。在全面质量管理相关的研究文献中，大多数公司认为全面质量管理和绩效之间存在正相关关系，但一些公司的经营状态并未反映出这一特点。全面质量管理无法成功得到实践运用，原因可能在于工作人员并未能深入参与到各种业务流程中，并被培训成为更称职的企业员工。

另外，高级管理人员面临的挑战是培养一种支持质量控制和管理理念的组织文化。针对新能源电池行业来说，目前除了一些头部企业正在研发自主前沿的新能源电池，一些致力于新能源电池领域的中小企业的组织结构平面化，部门接口较少，但这也通常使得工作环境更加灵活。新能源电池行业属于制造业的一种，这些制造业的中小企业所雇用的工人通常综合素质水平并不十分高，这也容易影响了全面质量管理实施的程度。

制造业的全面质量管理实践是资源密集型的，并在长期的实践中产生和反映出富有成效的结果。

3 全面质量管理在新能源电池行业的应用案例

为充分说明全面质量管理在新能源电池行业的有效性和重要性，文中以万向一二三新能源电池企业万向123为例进行阐述。万向123的前身是A123，于2001年在麻省理工学院成立。2016年，万向123在捷克共和国开设了一家工厂，为不断增长的欧洲市场提供服务。其客户包括戴姆勒-奔驰、保时捷、捷豹-路虎和其他欧洲主流汽车公司。

在深入实施全面质量管理之前，公司缺乏与供应商协同管控来料质量的渠道；供应商对品质管控的步伐跟不上，致使来料质量问题较多，无法排除潜在风险；质量整改执行力不够，任务颗粒度粗，可追溯性差，致使同类问题重复发生。在实施全面质量管理之后，万向123企业与供应商协同管控来料质量的信息平台，帮助供应商建立“有问题先自查”的质量管控方法，实时了解自己的产品质量；树立供应商的质量责任意识，减少质量问题的推诿和埋怨；全面提升企业对产品质量的监控能力，“一切让数据说话”。

4 全面质量管理中的有效案例——以电晕机为例

4.1 电晕机简介

电晕机常用来解决印刷掉色，材料粘接不牢固，涂布脱胶不均匀，颜色不饱满、印不上去等问题，都是由于附着力达不到要求造成的。解决的办法是提高材料的表面附着力，从而很好地解决这些问题。现在流行的办法是采用电晕进行表面处理，可提高材料表面附着力。粗化材料表面，提高材料表面张力，使油墨、胶水和涂料更好地粘接到处理过的材料表面；与此同时，电晕过程中产生的臭氧可改变材料表面的分子结构，使其由非极性转变为极性。印刷能长期保证色彩饱满，画面清洁，从而达到理想的印刷和粘接效果。

4.2 箔材除油的原理

电晕处理的原理主要是通过在放电极与电晕处理辊（一般为铝辊、不锈钢辊、喷陶瓷辊）之间施加高频、高压电源（高频交流电压高达5 000～15 000 V/m2），当电压超过1～2 mm 的空气间隙的电离电阻时，就会产生连续放电，冲击铝材表面，使箔材表面轧机油链状分子断裂，在电晕机产生的温度作用下表面油层挥发，通过风机排出，从而达到箔材表面除油的效果，使铝材的表面张力得到进一步的提高，最终改善表面涂覆的牢度。

整个电晕机系统以及连接示意图如图1所示。

图1 电晕机连接示意图

其中，主机的任务是提供能量。电源电压经过整流，借助滤波器、扼流圈平滑、IGBT 等对该直流电压进行斩波，以产生频率范围在20～40 kHz 之间的接近矩形的电压。可以简单通过修改受控整流器上的相位控制角，来影响输出功率。另外，高压变压器将主机的功率传输至放电架，产生所需的高压，由此实现电晕过程。电晕放电架为高压输出端，也是和材料接触位置，主要由接地的反压辊和一个或多个通过陶瓷绝缘的高压电极组成。此外，风机的任务一方面是排除放电时产生的臭氧，另一方面冷却高压电极，避免温度过高而损坏。

使用电晕机进行现场实施的示意图如图2所示。

图2 电晕机现场实施图

4.3 电晕机在新能源行业的作用和意义

深圳市合丰嘉大科技有限公司主营的电晕机具有较高的机械性能，为展示电晕机性能特点，进行了不同条件下的箔材衰减试验。图3可反不同试验条件下箔材衰减的情况。

图3 箔材衰减统计

综合而言，电晕机能够助力新能源电池行业解决底涂过程中因材料油污问题导致的产品质量不稳定问题。相比酸碱洗的传统工艺，电晕机铝箔除油更加环保，工艺参数也更加可控，为新能源电池行业提供了一个全新的可选方案。

5 结束语

随着我国社会经济的快速发展以及各领域学科交融现象的深化，新能源电池行业的发展势头不断向好。新能源电池行业为我们提供了更加环保和可持续的能源解决方案，为制造业、材料工业等领域发挥了巨大的作用。作为新能源电池行业中必不可少的电晕机这一机械设备，其可以处理各种均质薄膜材料。如塑料薄膜、金属板、金属薄膜、真空镀铝薄膜等。对于各种异形件比如电子元器件，电晕机也能发挥巨大作用。对于一个新能源电池企业来说，以电晕机制造为例，全面质量管理能够有效提升企业活力，优化产品的性能，为其可持续发展奠定坚持的基础。