鋰電池自放電影響因素及控制要點
來源：寶鄂實業(yè)
2019-10-08 11:01
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一、原材料金屬雜質(zhì)
1、金屬雜質(zhì)的影響機理
電池中：金屬雜質(zhì)發(fā)生化學(xué)和電化學(xué)腐蝕反應(yīng)，溶解到電解液：M → Mn+ + ne-；此后，Mn+遷移到負(fù)極，并發(fā)生金屬沉積：Mn+ + ne-→ M；隨著時間的增加，金屬枝晶在不斷生長，最后穿透隔膜，導(dǎo)致正負(fù)極的微短路，不斷消耗電量，導(dǎo)致電壓降低。
注：以上只是最常見的形式，還可能有很多其他的影響機理。
2、不同種類金屬屑影響程度
（1）正極漿料中添加不同種類金屬屑
可定性的對影響程度排序：Cu>Zn>Fe>Fe2O3
注：原則上，只要是金屬雜質(zhì)（如以上未列出的還有FeS\FeP2O7…)，都會對自放電產(chǎn)生較大影響，影響程度一般是金屬單質(zhì)最強。
金屬屑電池的隔膜黑點形貌深（穿透到另一面）、數(shù)量多:
隔膜黑點的金屬元素成分與添加的金屬種類相吻合，說明隔膜黑點上的金屬元素確實來源于金屬雜質(zhì):
（2）負(fù)極漿料中添加不同種類金屬屑
負(fù)極漿料中金屬雜質(zhì)的影響不及正極漿料中的金屬雜質(zhì)；其中，Cu、Zn 對自放電有顯著影響；Fe、氧化鐵未觀察到顯著影響。
3、金屬雜質(zhì)關(guān)鍵控制
（1）建立磁性金屬雜質(zhì)的測試方法
①用電子稱稱量粉末后，投入到聚四氟乙烯球磨罐中
②將已準(zhǔn)備好的磁鐵投入粉末，放超純水
③球磨機以200±5rpm的速度攪拌30±10分鐘
④攪拌完畢后，取出內(nèi)部的磁鐵（避免用手或其他器具直接接觸
⑤磁鐵表面吸的正極活性物質(zhì)，用超純水來洗凈后，利用超聲波來洗凈 15±3秒鐘。
⑥ ⑤項的手法反復(fù)進(jìn)行多次——磷酸鐵鋰：20遍；其它物料：5-8遍
⑦洗凈好的磁鐵轉(zhuǎn)移到100ml燒杯里。(防止異物的混入)
⑧在燒杯里，倒稀王水(鹽酸:硝酸=3:1)6ml后，再加入磁鐵沉浸程度的超純水。然后加熱20分鐘左右
⑨將加熱好的溶液轉(zhuǎn)移到100ml容量瓶里，至少潤洗3次，并把潤洗液也轉(zhuǎn)移到容量瓶中，最后用超純水定容
⑩準(zhǔn)備好的溶液，送AAS進(jìn)行定量分析鐵，鉻，銅，鋅，鎳，鈷的含量（磷酸鐵鋰再加測一個鋰元素）。測量原材料的磁性金屬雜質(zhì)含量：
磷酸鐵鋰：
雜質(zhì)成分包含F(xiàn)e、Cr、Ni、Al、P等，雜質(zhì)金屬應(yīng)該為不銹鋼。
KS6：
磁性金屬雜質(zhì)主要成分是Al，還有少量Mg。
（2）對金屬雜質(zhì)含量過高的原材料進(jìn)行除鐵
（3）原材料除鐵對自放電的改善
二、制程粉塵金屬屑
1、制程中粉塵金屬屑的潛在來源
2、采取措施減少和消除粉塵金屬屑
3、實例
使用自動卷繞機后，極片掉料顯著改善：
使用自動卷繞機后，極芯短路率顯著降低：
自動卷繞機對自放電的改善：
整個車間和產(chǎn)線的非金屬化、5S行動：
三、電池水分
1、水分對自放電的影響機理
當(dāng)電池中有H2O存在時，首先，其會與LiPF6反應(yīng)，生產(chǎn)HF等腐蝕性氣體；同時與溶劑等反應(yīng)產(chǎn)生CO2等氣體引起電池膨脹；HF會與電池中眾多物質(zhì)如SEI主要成分反應(yīng)，破壞SEI膜；生成CO2和H2O等；CO2引起電池膨脹，重新生成的H2O又參與LiPF6、溶劑等反應(yīng)；形成惡性鏈?zhǔn)椒磻?yīng)！ SEI膜破壞的后果：1）、溶劑進(jìn)入石墨層中與LixC6反應(yīng)，引起不可逆容量損失；2）、破壞的SEI修復(fù)則要消耗Li+和溶劑等，進(jìn)一步造成不可逆容量損失。
2、水分測量
固體水分測量方法的改進(jìn)：
原有甲醇浸泡的測量方法的重復(fù)性和再現(xiàn)性都較差；并且測試周期長（浸泡24h），不可能用于在線控制。
改用卡氏加熱爐+水分測定儀，準(zhǔn)確性和精確性提高，MSA通過；測試時間約5分鐘，適合用于在線監(jiān)控。
3、水分控制
（1）優(yōu)化極芯烘烤工藝，提高除水效果
（2）開發(fā)小卷烘烤工藝，提升除水效果
（3）建設(shè)自動裝配線，減少極芯吸水
（4）控制電池注液過程中吸水
（5）優(yōu)化制作流程，減少在制品積壓
四、改善效果
1、電壓趨于穩(wěn)定
2、自放電不良率降
3、自放電趨勢逐步穩(wěn)定
4、自放電均值和中位數(shù)降低
