鋰離子電池的性能與正極材料的質(zhì)量息息相關(guān)。

時間：2020-06-08作者：江西聚鑫源廢舊物資回收有限公司瀏覽：75

鋰離子電池的性能與正極材料的質(zhì)量息息相關(guān)。
 
該文介紹了幾種對鋰離子電池性能有顯著影響的正極材料的失效形式，如混入金屬異物、水分**標(biāo)、批次一致性差等，闡明了這些失效形式對電池性能造成的嚴(yán)重危害，以及從質(zhì)量管理角度對如何避免這些失效的發(fā)生進(jìn)行了說明，為進(jìn)一步預(yù)防質(zhì)量問題的發(fā)生、提高鋰離子電池的品質(zhì)作出有力保證。
 
眾所周知，正極材料是鋰離子電池的關(guān)鍵**材料之一，其性能直接影響了鋰離子電池的各項(xiàng)性能指標(biāo)，目前已經(jīng)市場化的鋰離子電池正極材料包括鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等產(chǎn)品。
 
相比于鋰離子電池的其他原材料，正極材料的品種較加多樣化，生產(chǎn)工藝也較加復(fù)雜，品質(zhì)失效的風(fēng)險也就較大，因而對其質(zhì)量管理的要求也就較高。該文從材料使用者的角度談一談鋰離子電池正極材料常見的失效形式以及相應(yīng)的預(yù)防措施。
 
當(dāng)正極材料中存在鐵( Fe )、銅(Cu )、鉻(Cr )、鎳(Ni)、鋅(Zn)、銀(Ag)等金屬雜質(zhì)時，電池化成階段的電壓達(dá)到這些金屬元素的氧化還原電位后，這些金屬就會先在正極氧化再到負(fù)極還原，當(dāng)負(fù)極處的金屬單質(zhì)累積到一定程度，其沉積金屬堅硬的棱角就會刺穿隔膜，造成電池自放電。
 
自放電對鋰離子電池會造成致命的影響，因而從源頭上防止金屬異物的引入就顯得格外重要。
 
正極材料生產(chǎn)工序較多，制造過程中的每一個環(huán)節(jié)都會有金屬異物引入的風(fēng)險，這就對材料供應(yīng)商的設(shè)備自動化程度及現(xiàn)場質(zhì)量管理水平提出了較高要求。但材料供應(yīng)商往往由于成本限制，其設(shè)備自動化程度較低，生產(chǎn)制造工序斷點(diǎn)較多，不可控的風(fēng)險增加。
 
因此，電池制造商為了保證電池性能穩(wěn)定，預(yù)防自放電發(fā)生，必須推動材料供應(yīng)商從人、機(jī)、料、法、環(huán)五大方面防止金屬異物引入。
 
首先從人員管控開始，應(yīng)禁止員工攜帶金屬異物進(jìn)入車間，禁止佩戴首飾，進(jìn)入車間應(yīng)著工作服、工作鞋，戴手套，避免接觸金屬異物后再接觸粉料。要建立監(jiān)督檢查機(jī)制，培養(yǎng)員工的質(zhì)量意識，使其自覺遵守并維護(hù)車間環(huán)境。
 
生產(chǎn)設(shè)備是異物引入的主要環(huán)節(jié)，比如跟物料接觸的設(shè)備部件和工具出現(xiàn)生銹、固有材質(zhì)磨損等現(xiàn)象;未直接跟物料接觸的設(shè)備部件和工具，粉塵粘附后因車間氣流作用漂浮到物料中。根據(jù)影響程度，可采取不同的處理方式，如刷漆、更換為非金屬材質(zhì)涂層(塑料、陶瓷類)、裸露金屬部件進(jìn)行包裹等。管理者還應(yīng)制定相應(yīng)的規(guī)章制度，對如何管理金屬異物進(jìn)行明確規(guī)定，制**檢表，要求員工定期檢查，防患于未然。
 
原材料是正極材料中金屬異物的直接來源，應(yīng)對購買的原材料進(jìn)行金屬異物含量的規(guī)定，入廠后應(yīng)嚴(yán)格檢驗(yàn)，保證其含量在規(guī)定的范圍內(nèi)。如果原材料的金屬異物含量**標(biāo)，后續(xù)工序很難將其除去。
 
為了除去金屬異物，電磁除鐵已成為生產(chǎn)正極材料的必經(jīng)工序，電磁除鐵機(jī)被普遍使用，但該設(shè)備對非磁性金屬物質(zhì)如銅、鋅等不起作用，因此車間應(yīng)避免銅、鋅部件的使用，如必須要用到也盡量不要與粉料直接接觸或裸露在空氣中。此外，電磁除鐵機(jī)的安裝位置、安裝個數(shù)、參數(shù)設(shè)置等對除鐵效果也有一定影響。
 
為了保證車間環(huán)境，實(shí)現(xiàn)車間正壓，建立雙重門、風(fēng)淋門避免外界粉塵流入車間污染物料也是很必要的措施，同時車間設(shè)備、鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)避免生銹，地面也要進(jìn)行刷漆并定期除磁。
 
正極材料大都是微米或納米級顆粒，較易吸收空氣中的水分，特別是 N i含量高的三元材料。在制備正極漿料時，如果正極材料水分高，在進(jìn)行漿料攪拌過程中N M P吸水后會造成 P V DF 溶解度降低，導(dǎo)致漿料凝膠成果凍狀，影響加工性能。制成電池后，其容量、內(nèi)阻、循環(huán)和倍率等都會受到影響，因此正極材料的水分與金屬異物一樣要作為重點(diǎn)管控項(xiàng)目。
 
產(chǎn)線設(shè)備自動化程度越高，粉料在空氣中暴露的時間越短，水分引入也就越少。推動材料供應(yīng)商提高設(shè)備自動化程度，如實(shí)現(xiàn)全程管道輸送，監(jiān)控管道露點(diǎn)，安裝機(jī)械手實(shí)現(xiàn)自動裝料、下料對防止水分引入貢獻(xiàn)巨大。但有些材料供應(yīng)商受限于廠房設(shè)計或是成本壓力，設(shè)備自動化程度不高、制造工序斷點(diǎn)較多時就要嚴(yán)格控制粉料暴露時間，中轉(zhuǎn)過程的粉料較好使用充氮?dú)獾耐笆⒀b。
 
生產(chǎn)車間的溫濕度也是一項(xiàng)重點(diǎn)管控指標(biāo)，理論上講露點(diǎn)越低越有利。大多數(shù)材料供應(yīng)商會重點(diǎn)關(guān)注燒結(jié)工序之后的水分控制，他們認(rèn)為10 0 0度左右的燒結(jié)溫度可以除去粉料中的大部分水分，只要嚴(yán)格控制燒結(jié)工序之后到包裝這個階段的水分引入，基本可以保證材料水分不**標(biāo)。
 
當(dāng)然這并不意味著燒結(jié)工序之前就不需要控制水分，因?yàn)槿绻肮ば蛩忠脒^多，燒結(jié)效率和材料的微觀形態(tài)都會受到影響。此外，包裝方式也是很重要的，大部分材料供應(yīng)商采用鋁塑袋抽真空的包裝方式，目前看來這種方式還是較經(jīng)濟(jì)有效的。
 
當(dāng)然材料設(shè)計不同，吸水性也會有較大差異，比如包覆材料差異、比表面積差異等都會影響其吸水性。有些材料供應(yīng)商雖然在制造過程中防止了水分的引入，但材料本身卻具有易吸水的特性，制成較片后水分較難烘出，這就給電池制造商造成了麻煩。因此，在開發(fā)新材料時應(yīng)考慮到吸水性的問題，開發(fā)出普適性較高的材料，這對供需雙方都大有好處。

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