详解锂离子电池正极材料常见的失效方法以及相应的防备方法
来源：宝鄂实业
2019-11-30 19:22
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正极资猜中混入金属异物
当正极资猜中存在铁( Fe )、铜(Cu )、铬(Cr )、镍(Ni)、锌(Zn)、银(Ag)等金属杂质时，电池化成阶段的电压抵达这些金属元素的氧化恢复电位后，这些金属就会先在正极氧化再到负极恢复，当负极处的金属单质累积到必定程度，其堆积金属坚固的棱角就会刺穿隔膜，构成电池自放电。
自放电对锂离子电池会构成致命的影响，因此从源头上避免金属异物的引入就显得格外重要。
正极材料出产工序较多，制造进程中的每一个环节都会有金属异物引入的风险，这就对材料供货商的设备自动化程度及现场质量处理水平提出了更高要求。但材料供货商往往由于本钱限制，其设备自动化程度较低，出产制造工序断点较多，不可控的风险添加。
因此，电池制造商为了保证电池功用安稳，防备自放电发生，有必要推动材料供货商从人、机、料、法、环五大方面避免金属异物引入。
首先从人员管控开端，应制止员工带着金属异物进入车间，制止佩戴首饰，进入车间应着作业服、作业鞋，戴手套，避免触摸金属异物后再触摸粉料。要建立监督检查机制，培养员工的质量认识，使其自觉遵守并维护车间环境。
出产设备是异物引入的首要环节，比方跟物料触摸的设备部件和东西呈现生锈、固有质料磨损等现象;未直接跟物料触摸的设备部件和东西，粉尘粘附后因车间气流作用漂浮到物猜中。依据影响程度，可采纳不同的处理方法，如刷漆、替换为非金属质料涂层(塑料、陶瓷类)、露出金属部件进行包裹等。处理者还应拟定相应的规章制度，对怎样处理金属异物进行清晰规矩，拟定点检表，要求员工守时检查，防患于未然。
原材料是正极资猜中金属异物的直接来历，应对购买的原材料进行金属异物含量的规矩，入厂后应严峻查验，保证其含量在规矩的范围内。假设原材料的金属异物含量超标，后续工序很难将其除去。
为了除去金属异物，电磁除铁已成为出产正极材料的必经工序，电磁除铁机被遍及运用，但该设备对非磁性金属物质如铜、锌等不起作用，因此车间应避免铜、锌部件的运用，如有必要要用到也尽量不要与粉料直触摸摸或露出在空气中。此外，电磁除铁机的设备方位、设备个数、参数设置等对除铁效果也有必定影响。
为了保证车间环境，完结车间正压，建立两层门、风淋门避免外界粉尘流入车间污染物料也是很必要的方法，一同车间设备、钢结构应避免生锈，地面也要进行刷漆并守时除磁。
正极材料水分超标
正极材料大都是微米或纳米级颗粒，极易吸收空气中的水分，特别是 N i含量高的三元材料。在制备正极浆料时，假设正极材料水分高，在进行浆料拌和进程中N M P吸水后会构成 P V DF 溶解度下降，导致浆料凝胶成果冻状，影响加工功用。制成电池后，其容量、内阻、循环和倍率等都会受到影响，因此正极材料的水分与金属异物相同要作为关键管控项目。
产线设备自动化程度越高，粉料在空气中露出的时间越短，水分引入也就越少。推动材料供货商前进设备自动化程度，如完结全程管道运送，监控管道露点，设备机械手完结自动装料、下料对避免水分引入奉献巨大。但有些材料供货商受限于厂房规划或是本钱压力，设备自动化程度不高、制造工序断点较多时就要严峻控制粉料露出时间，中转进程的粉料最好运用充氮气的桶盛装。
出产车间的温湿度也是一项关键管控方针，理论上讲露点越低越有利。大多数材料供货商会关键关注烧结工序之后的水分控制，他们认为10 0 0度左右的烧结温度可以除去粉猜中的大部分水分，只需严峻控制烧结工序之后到包装这个阶段的水分引入，底子可以保证材料水分不超标。
当然这并不意味着烧结工序之前就不需求控制水分，由于假设前工序水分引入过多，烧结功率和材料的微观形态都会受到影响。此外，包装方法也是很重要的，大部分材料供货商选用铝塑袋抽真空的包装方法，现在看来这种方法仍是最经济有用的。
当然材料规划不同，吸水性也会有较大差异，比方包覆材料差异、比表面积差异等都会影响其吸水性。有些材料供货商虽然在制造进程中避免了水分的引入，但材料本身却具有易吸水的特性，制成极片后水分极难烘出，这就给电池制造商构成了费事。因此，在开发新材料时应考虑到吸水性的问题，开发出普适性更高的材料，这对供需双方都大有好处。
正极材料批次一致性差
关于电池制造商而言，正极材料批次间差异越小、一致性越好，制品电池的功用才干越安稳。我们都知道磷酸铁锂正极材料的一个最首要缺点便是批次安稳性差，在制浆时往往由于批次动摇大，每批次浆料的粘度和固含量都不安稳，这就给运用者带来了费事，需求不停地调整工艺去习气。
前进出产设备的自动化程度是前进磷酸铁锂材料批次安稳性的首要手法，可是，现在国内磷酸铁锂材料供货商的设备自动化程度遍及较低，技术水平和质量处理才能不高，供应的材料存在不同程度的批次不安稳问题。站在运用者的角度，假设批次差异不能消除，我们希望一个批次的分量越大越好，当然条件是同一个批次的材料均匀安稳。
所认为了抵达这一要求，铁锂材料供货商往往在制成制品后添加一步混合工序，即将几个批次的材料进行均匀混合，混合釜的容积越大所盛装的材料就越多，混合出的一个批次的量也就越大。
铁锂材料的粒径、比表面积、水分、pH值等方针都会影响到制成浆料的粘度，但往往这些方针都已严峻控制在必定范围内，可仍然会呈现批次浆料粘度差异大的情况，为了避免批量运用时呈现反常，往往在投入运用前仿照出产配方提前制备一些浆料检验粘度，符合要求后再投入运用，但电池制造商假设每次投产前都进行检验会大大下降出产功率，所以便把这项作业前置到材料供货商处，要求材料供货商完结检验符合要求后再发货。
当然跟着技术的前进，材料供货商制程才能的提高，物性方针的散布越来越小，发货前检验粘度这一步骤就可以省去了。除了以上说到的改进一致性的方法外，我们还应运用质量东西最大程度的削弱这种批次不安稳性，防备质量问题的发生。首要从以下几个方面着手。
(1) 作业规程的建立。
产品的固有质量是规划出来的、更是制造出来的。因此，操作者怎样操作关于控制产质量量尤为重要，应建立具体具体的作业标准。
(2) CTQ的识别。
对影响产质量量的要害方针和要害工序加以识别，对这些要害的管控方针应做特别的监控，并拟定相应的应急反响方法。正磷酸铁路线是当时制备磷酸铁锂的干流，其工序包括配料、球磨、烧结、破坏、包装等，其球磨工序应作为要害工序进行处理，由于球磨后一次粒子粒径的一致性假设控制欠好，制品的粒径一致性就会受影响，进而会影响到材料的批次一致性。
(3) SPC的运用。
对要害进程的要害特性参数进行SPC不时监控，对反常点进行分析，找出导致不安稳的原因、采纳有用的纠正方法和防备方法，避免不良品流向客户端。
其他不良情况
制浆时，正极材料在制浆罐内与溶剂、胶、导电剂按必定比例混合均匀后经管道出料，出料口设备了过滤网，其意图是为了阻拦正极资猜中的大颗粒和异物，以保证涂覆的质量。若正极资猜中含有大颗粒会导致过滤网堵塞，假设大颗粒的成分仍是正极材料本身，只是影响了出产功率不会对电池功用构成影响，这样的丢失还能小一些。但假设这种大颗粒的成分不确定，是其它金属异物，那样现已制成的浆料就要悉数报废，带来的丢失是巨大的。
呈现这种反常，应是材料供货商内部的质量处理出了问题，大部分正极材料的出产都有过筛工序，筛网有无破损、是否及时检查和替换，假设筛网破损有无防呆方法，出厂查验时是否进行大颗粒的检测等作业还有待完善。
