詳解鋰離子電池正極材料常見的失效方法以及相應的防備方法
來源：寶鄂實業(yè)
2019-11-30 19:22
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正極資猜中混入金屬異物
當正極資猜中存在鐵( 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抵達這些金屬元素的氧化恢復電位后，這些金屬就會先在正極氧化再到負極恢復，當負極處的金屬單質(zhì)累積到必定程度，其堆積金屬堅固的棱角就會刺穿隔膜，構(gòu)成電池自放電。
自放電對鋰離子電池會構(gòu)成致命的影響，因此從源頭上避免金屬異物的引入就顯得格外重要。
正極材料出產(chǎn)工序較多，制造進程中的每一個環(huán)節(jié)都會有金屬異物引入的風險，這就對材料供貨商的設(shè)備自動化程度及現(xiàn)場質(zhì)量處理水平提出了更高要求。但材料供貨商往往由于本錢限制，其設(shè)備自動化程度較低，出產(chǎn)制造工序斷點較多，不可控的風險添加。
因此，電池制造商為了保證電池功用安穩(wěn)，防備自放電發(fā)生，有必要推動材料供貨商從人、機、料、法、環(huán)五大方面避免金屬異物引入。
首先從人員管控開端，應制止員工帶著金屬異物進入車間，制止佩戴首飾，進入車間應著作業(yè)服、作業(yè)鞋，戴手套，避免觸摸金屬異物后再觸摸粉料。要建立監(jiān)督檢查機制，培養(yǎng)員工的質(zhì)量認識，使其自覺遵守并維護車間環(huán)境。
出產(chǎn)設(shè)備是異物引入的首要環(huán)節(jié)，比方跟物料觸摸的設(shè)備部件和東西呈現(xiàn)生銹、固有質(zhì)料磨損等現(xiàn)象;未直接跟物料觸摸的設(shè)備部件和東西，粉塵粘附后因車間氣流作用漂浮到物猜中。依據(jù)影響程度，可采納不同的處理方法，如刷漆、替換為非金屬質(zhì)料涂層(塑料、陶瓷類)、露出金屬部件進行包裹等。處理者還應擬定相應的規(guī)章制度，對怎樣處理金屬異物進行清晰規(guī)矩，擬定點檢表，要求員工守時檢查，防患于未然。
原材料是正極資猜中金屬異物的直接來歷，應對購買的原材料進行金屬異物含量的規(guī)矩，入廠后應嚴峻查驗，保證其含量在規(guī)矩的范圍內(nèi)。假設(shè)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，電磁除鐵已成為出產(chǎn)正極材料的必經(jīng)工序，電磁除鐵機被遍及運用，但該設(shè)備對非磁性金屬物質(zhì)如銅、鋅等不起作用，因此車間應避免銅、鋅部件的運用，如有必要要用到也盡量不要與粉料直觸摸摸或露出在空氣中。此外，電磁除鐵機的設(shè)備方位、設(shè)備個數(shù)、參數(shù)設(shè)置等對除鐵效果也有必定影響。
為了保證車間環(huán)境，完結(jié)車間正壓，建立兩層門、風淋門避免外界粉塵流入車間污染物料也是很必要的方法，一同車間設(shè)備、鋼結(jié)構(gòu)應避免生銹，地面也要進行刷漆并守時除磁。
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 N i含量高的三元材料。在制備正極漿料時，假設(shè)正極材料水分高，在進行漿料拌和進程中N M P吸水后會構(gòu)成 P V DF 溶解度下降，導致漿料凝膠成果凍狀，影響加工功用。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相同要作為關(guān)鍵管控項目。
產(chǎn)線設(shè)備自動化程度越高，粉料在空氣中露出的時間越短，水分引入也就越少。推動材料供貨商前進設(shè)備自動化程度，如完結(jié)全程管道運送，監(jiān)控管道露點，設(shè)備機械手完結(jié)自動裝料、下料對避免水分引入奉獻巨大。但有些材料供貨商受限于廠房規(guī)劃或是本錢壓力，設(shè)備自動化程度不高、制造工序斷點較多時就要嚴峻控制粉料露出時間，中轉(zhuǎn)進程的粉料最好運用充氮氣的桶盛裝。
出產(chǎn)車間的溫濕度也是一項關(guān)鍵管控方針，理論上講露點越低越有利。大多數(shù)材料供貨商會關(guān)鍵關(guān)注燒結(jié)工序之后的水分控制，他們認為10 0 0度左右的燒結(jié)溫度可以除去粉猜中的大部分水分，只需嚴峻控制燒結(jié)工序之后到包裝這個階段的水分引入，底子可以保證材料水分不超標。
當然這并不意味著燒結(jié)工序之前就不需求控制水分，由于假設(shè)前工序水分引入過多，燒結(jié)功率和材料的微觀形態(tài)都會受到影響。此外，包裝方法也是很重要的，大部分材料供貨商選用鋁塑袋抽真空的包裝方法，現(xiàn)在看來這種方法仍是最經(jīng)濟有用的。
當然材料規(guī)劃不同，吸水性也會有較大差異，比方包覆材料差異、比表面積差異等都會影響其吸水性。有些材料供貨商雖然在制造進程中避免了水分的引入，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，這就給電池制造商構(gòu)成了費事。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。
正極材料批次一致性差
關(guān)于電池制造商而言，正極材料批次間差異越小、一致性越好，制品電池的功用才干越安穩(wěn)。我們都知道磷酸鐵鋰正極材料的一個最首要缺點便是批次安穩(wěn)性差，在制漿時往往由于批次動搖大，每批次漿料的粘度和固含量都不安穩(wěn)，這就給運用者帶來了費事，需求不停地調(diào)整工藝去習氣。
前進出產(chǎn)設(shè)備的自動化程度是前進磷酸鐵鋰材料批次安穩(wěn)性的首要手法，可是，現(xiàn)在國內(nèi)磷酸鐵鋰材料供貨商的設(shè)備自動化程度遍及較低，技術(shù)水平和質(zhì)量處理才能不高，供應的材料存在不同程度的批次不安穩(wěn)問題。站在運用者的角度，假設(shè)批次差異不能消除，我們希望一個批次的分量越大越好，當然條件是同一個批次的材料均勻安穩(wěn)。
所認為了抵達這一要求，鐵鋰材料供貨商往往在制成制品后添加一步混合工序，即將幾個批次的材料進行均勻混合，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值等方針都會影響到制成漿料的粘度，但往往這些方針都已嚴峻控制在必定范圍內(nèi)，可仍然會呈現(xiàn)批次漿料粘度差異大的情況，為了避免批量運用時呈現(xiàn)反常，往往在投入運用前仿照出產(chǎn)配方提前制備一些漿料檢驗粘度，符合要求后再投入運用，但電池制造商假設(shè)每次投產(chǎn)前都進行檢驗會大大下降出產(chǎn)功率，所以便把這項作業(yè)前置到材料供貨商處，要求材料供貨商完結(jié)檢驗符合要求后再發(fā)貨。
當然跟著技術(shù)的前進，材料供貨商制程才能的提高，物性方針的散布越來越小，發(fā)貨前檢驗粘度這一步驟就可以省去了。除了以上說到的改進一致性的方法外，我們還應運用質(zhì)量東西最大程度的削弱這種批次不安穩(wěn)性，防備質(zhì)量問題的發(fā)生。首要從以下幾個方面著手。
(1) 作業(yè)規(guī)程的建立。
產(chǎn)品的固有質(zhì)量是規(guī)劃出來的、更是制造出來的。因此，操作者怎樣操作關(guān)于控制產(chǎn)質(zhì)量量尤為重要，應建立具體具體的作業(yè)標準。
(2) CTQ的識別。
對影響產(chǎn)質(zhì)量量的要害方針和要害工序加以識別，對這些要害的管控方針應做特別的監(jiān)控，并擬定相應的應急反響方法。正磷酸鐵路線是當時制備磷酸鐵鋰的干流，其工序包括配料、球磨、燒結(jié)、破壞、包裝等，其球磨工序應作為要害工序進行處理，由于球磨后一次粒子粒徑的一致性假設(shè)控制欠好，制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的運用。
對要害進程的要害特性參數(shù)進行SPC不時監(jiān)控，對反常點進行分析，找出導致不安穩(wěn)的原因、采納有用的糾正方法和防備方法，避免不良品流向客戶端。
其他不良情況
制漿時，正極材料在制漿罐內(nèi)與溶劑、膠、導電劑按必定比例混合均勻后經(jīng)管道出料，出料口設(shè)備了過濾網(wǎng)，其意圖是為了阻攔正極資猜中的大顆粒和異物，以保證涂覆的質(zhì)量。若正極資猜中含有大顆粒會導致過濾網(wǎng)堵塞，假設(shè)大顆粒的成分仍是正極材料本身，只是影響了出產(chǎn)功率不會對電池功用構(gòu)成影響，這樣的丟失還能小一些。但假設(shè)這種大顆粒的成分不確定，是其它金屬異物，那樣現(xiàn)已制成的漿料就要悉數(shù)報廢，帶來的丟失是巨大的。
呈現(xiàn)這種反常，應是材料供貨商內(nèi)部的質(zhì)量處理出了問題，大部分正極材料的出產(chǎn)都有過篩工序，篩網(wǎng)有無破損、是否及時檢查和替換，假設(shè)篩網(wǎng)破損有無防呆方法，出廠查驗時是否進行大顆粒的檢測等作業(yè)還有待完善。
