其性能直接影響了鋰離子電池的各項性能指標，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[1]。相比于鋰離子電池的其他原材料，正極材料的品種更加多樣化，生產(chǎn)工藝也更加復雜，品質失效的風險也就更大，因而對其質量管理的要求也就更高。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的預防措施。

1正極材料中混入金屬異物

當正極材料中存在鐵（Fe）、銅（Cu）、鉻（Cr）、鎳（Ni）、鋅（Zn）、銀（Ag）等金屬雜質時，電池化成階段的電壓達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極還原，當負極處的金屬單質累積到一定程度，其沉積金屬堅硬的棱角就會刺穿隔膜，造成電池自放電[2]。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險，這就對材料供應商的設備自動化程度及現(xiàn)場質量管理水平提出了更高要求。但材料供應商往往由于成本限制，其設備自動化程度較低，生產(chǎn)制造工序斷點較多，不可控的風險增加。因此，電池制造商為了保證電池性能穩(wěn)定，預防自放電發(fā)生，必須推動材料供應商從人、機、料、法、環(huán)五大方面防止金屬異物引入。

生產(chǎn)設備是異物引入的主要環(huán)節(jié)，比如跟物料接觸的設備部件和工具出現(xiàn)生銹、固有材質磨損等現(xiàn)象；未直接跟物料接觸的設備部件和工具，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、更換為非金屬材質涂層（塑料、陶瓷類）、裸露金屬部件進行包裹等。管理者還應制定相應的規(guī)章制度，對如何管理金屬異物進行明確規(guī)定，制定點檢表，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，應對購買的原材料進行金屬異物含量的規(guī)定，入廠后應嚴格檢驗，保證其含量在規(guī)定的范圍內。如果原材料的金屬異物含量超標，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，電磁除鐵機被普遍使用，但該設備對非磁性金屬物質如銅、鋅等不起作用，因此車間應避免銅、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，電磁除鐵機的安裝位置、安裝個數(shù)、參數(shù)設置等對除鐵效果也有一定影響。

為了保證車間環(huán)境，實現(xiàn)車間正壓，建立雙重門、風淋門避免外界粉塵流入車間污染物料也是很必要的措施，同時車間設備、鋼結構應避免生銹，地面也要進行刷漆并定期除磁。

2正極材料水分超標

正極材料大都是微米或納米級顆粒，極易吸收空氣中的水分，特別是Ni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，在進行漿料攪拌過程中NMP吸水后會造成PVDF溶解度降低，導致漿料凝膠成果凍狀，影響加工性能。制成電池后，其容量、內阻、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管控項目。

 

產(chǎn)線設備自動化程度越高，粉料在空氣中暴露的時間越短，水分引入也就越少。推動材料供應商提高設備自動化程度，如實現(xiàn)全程管道輸送，監(jiān)控管道露點，安裝機械手實現(xiàn)自動裝料、下料對防止水分引入貢獻巨大。但有些材料供應商受限于廠房設計或是成本壓力，設備自動化程度不高、制造工序斷點較多時就要嚴格控制粉料暴露時間，中轉過程的粉料最好使用充氮氣的桶盛裝。生產(chǎn)車間的溫濕度也是一項重點管控指標，理論上講露點越低越有利。大多數(shù)材料供應商會重點關注燒結工序之后的水分控制，他們認為1000度左右的燒結溫度可以除去粉料中的大部分水分，只要嚴格控制燒結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超標。當然這并不意味著燒結工序之前就不需要控制水分，因為如果前工序水分引入過多，燒結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，大部分材料供應商采用鋁塑袋抽真空的包裝方式，目前看來這種方式還是最經(jīng)濟有效的。

 

當然材料設計不同，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，制成極片后水分極難烘出，這就給電池制造商造成了麻煩。因此，在開發(fā)新材料時應考慮到吸水性的問題，開發(fā)出普適性更高的材料，這對供需雙方都大有好處。

 

(1)作業(yè)規(guī)程的建立。

 

產(chǎn)品的固有質量是設計出來的、更是制造出來的。因此，操作者如何操作對于控制產(chǎn)品質量尤為重要，應建立詳細具體的作業(yè)標準。

 

(2)CTQ的識別。

 

對影響產(chǎn)品質量的關鍵指標和關鍵工序加以識別，對這些關鍵的管控指標應做特別的監(jiān)控，并制定相應的應急反應措施。正磷酸鐵路線是當前制備磷酸鐵鋰的主流，其工序包括配料、球磨、燒結、粉碎、包裝等，其球磨工序應作為關鍵工序進行管理，因為球磨后一次粒子粒徑的一致性如果控制不好，成品的粒徑一致性就會受影響，進而會影響到材料的批次一致性。

 

(3)SPC的使用。

 

對關鍵過程的關鍵特性參數(shù)進行SPC時時監(jiān)控，對異常點進行剖析，找出導致不穩(wěn)定的原因、采取有效的糾正措施和預防措施，避免不良品流向客戶端。

 

4其他不良情況

 

制漿時，正極材料在制漿罐內與溶劑、膠、導電劑按一定比例混合均勻后經(jīng)管道出料，出料口安裝了過濾網(wǎng)，其目的是為了攔截正極材料中的大顆粒和異物，以保證涂覆的質量。若正極材料中含有大顆粒會導致過濾網(wǎng)堵塞，如果大顆粒的成分仍是正極材料本身，只是影響了生產(chǎn)效率不會對電池性能造成影響，這樣的損失還能小一些。但如果這種大顆粒的成分不確定，是其它金屬異物，那樣已經(jīng)制成的漿料就要全部報廢，帶來的損失是巨大的。出現(xiàn)這種異常，應是材料供應商內部的質量管理出了問題，大部分正極材料的生產(chǎn)都有過篩工序，篩網(wǎng)有無破損、是否及時檢查和更換，如果篩網(wǎng)破損有無防呆措施，出廠檢驗時是否進行大顆粒的檢測等工作還有待完善。