鋰鈷石墨電池電極反應(yīng)有哪些？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-08-15 09:12
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電池開路時，不發(fā)生以上反應(yīng)，但電量依然會降低，這主要是由于電池自放電所造成。造成自放電的原因主要有：
a.電解液局部電子傳導(dǎo)或其它內(nèi)部短路引起的內(nèi)部電子泄露。
b.由于電池密封圈或墊圈的絕緣性不佳或外部鉛殼之間的電阻不夠大（外部導(dǎo)體，濕度）而引起的外部電子泄露。
c.電極/電解液的反應(yīng)，如陽極的腐蝕或陰極由于電解液、雜質(zhì)而被還原。
d.電極活性材料局部分解。
e.由于分解產(chǎn)物（不溶物及被吸附的氣體）而使電極鈍化。
f.電極機械磨損或與集流體間電阻變大。
自放電的影響
1、自放電導(dǎo)致儲存過程容量下降
幾個典型的自放電過大造成的問題：
1、汽車停車時間過久，啟動不了；
2、電池入庫前電壓等一切正常，待出貨時發(fā)現(xiàn)低電壓甚至零電壓；
3、夏天車載GPS放在車上，過段時間使用感覺電量或使用時間明顯不足，甚至伴隨電池發(fā)鼓。
2、金屬雜質(zhì)類型自放電導(dǎo)致隔膜孔徑堵塞，甚至刺穿隔膜造成局部短路，危及電池安全
3、自放電導(dǎo)致電池間SOC差異加大，電池組容量下降
由于電池的自放電不一致，導(dǎo)致電池組內(nèi)電池在儲存后SOC產(chǎn)生差異，電池性能下降?？蛻粼谀玫絻Υ孢^一段時間的電池組之后經(jīng)常能夠發(fā)現(xiàn)性能下降的問題，當(dāng)SOC差異達(dá)到20%左右的時候，組合電池的容量就只剩余60%~70%
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)量管理水平提出了更高要求。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、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(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，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超標(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。
正極材料水分超標(biāo)
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 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管控項目。
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(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、制造工序斷點較多時就要嚴(yán)格控制粉料暴露時間，中轉(zhuǎn)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(biāo)，理論上講露點越低越有利。大多數(shù)材料供應(yīng)商會重點關(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超標(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，因為如果前工序水分引入過多，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最經(jīng)濟有效的。
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(yīng)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。
正極材料批次一致性差
對于電池制造商而言，正極材料批次間差異越小、一致性越好，成品電池的性能才能越穩(wěn)定。大家都知道磷酸鐵鋰正極材料的一個最主要缺點就是批次穩(wěn)定性差，在制漿時往往由于批次波動大，每批次漿料的粘度和固含量都不穩(wěn)定，這就給使用者帶來了麻煩，需要不停地調(diào)整工藝去適應(yīng)。
提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化程度是提高磷酸鐵鋰材料批次穩(wěn)定性的主要手段，然而，目前國內(nèi)磷酸鐵鋰材料供應(yīng)商的設(shè)備自動化程度普遍較低，技術(shù)水平和質(zhì)量管理能力不高，提供的材料存在不同程度的批次不穩(wěn)定問題。站在使用者的角度，如果批次差異不能消除，我們希望一個批次的重量越大越好，當(dāng)然前提是同一個批次的材料均勻穩(wěn)定。
所以為了達(dá)到這一要求，鐵鋰材料供應(yīng)商往往在制成成品后增加一步混合工序，即將幾個批次的材料進(jìn)行均勻混合，混合釜的容積越大所盛裝的材料就越多，混合出的一個批次的量也就越大。
鐵鋰材料的粒徑、比表面積、水分、pH值等指標(biāo)都會影響到制成漿料的粘度，但往往這些指標(biāo)都已嚴(yán)格控制在一定范圍內(nèi)，可仍然會出現(xiàn)批次漿料粘度差異大的情況，為了防止批量使用時出現(xiàn)異常，往往在投入使用前模擬生產(chǎn)配方提前制備一些漿料測試粘度，符合要求后再投入使用，但電池制造商如果每次投產(chǎn)前都進(jìn)行測試會大大降低生產(chǎn)效率，所以便把這項工作前置到材料供應(yīng)商處，要求材料供應(yīng)商完成測試符合要求后再發(fā)貨。
