锂离子电池的性能与正极材料的质量息息相关。

时间：2020-06-08

该文介绍了几种对锂离子电池性能有显着影响的正极材料的失效形式，如混入金属异物、水分**标、批次一致性差等，阐明了这些失效形式对电池性能造成的严重危害，以及从质量管理角度对如何避免这些失效的发生进行了说明，为进一步预防质量问题的发生、提高锂离子电池的品质作出有力保证。

众所周知，正极材料是锂离子电池的关键核心材料之一，其性能直接影响了锂离子电池的各项性能指标，目前已经市场化的锂离子电池正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料等产品。

相比于锂离子电池的其他原材料，正极材料的品种更加多样化，生产工艺也更加复杂，品质失效的风险也就更大，因而对其质量管理的要求也就更高。该文从材料使用者的角度谈一谈锂离子电池正极材料常见的失效形式以及相应的预防措施。

当正极材料中存在铁( 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达到这些金属元素的氧化还原电位后，这些金属就会先在正极氧化再到负极还原，当负极处的金属单质累积到一定程度，其沉积金属坚硬的棱角就会刺穿隔膜，造成电池自放电。

自放电对锂离子电池会造成致命的影响，因而从源头上防止金属异物的引入就显得格外重要。

正极材料生产工序较多，制造过程中的每一个环节都会有金属异物引入的风险，这就对材料供应商的设备自动化程度及现场质量管理水平提出了更高要求。但材料供应商往往由于成本限制，其设备自动化程度较低，生产制造工序断点较多，不可控的风险增加。

因此，电池制造商为了保证电池性能稳定，预防自放电发生，必须推动材料供应商从人、机、料、法、环五大方面防止金属异物引入。

首先从人员管控开始，应禁止员工携带金属异物进入车间，禁止佩戴首饰，进入车间应着工作服、工作鞋，戴手套，避免接触金属异物后再接触粉料。要建立监督检查机制，培养员工的质量意识，使其自觉遵守并维护车间环境。

生产设备是异物引入的主要环节，比如跟物料接触的设备部件和工具出现生锈、固有材质磨损等现象;未直接跟物料接触的设备部件和工具，粉尘粘附后因车间气流作用漂浮到物料中。根据影响程度，可采取不同的处理方式，如刷漆、更换为非金属材质涂层(塑料、陶瓷类)、裸露金属部件进行包裹等。管理者还应制定相应的规章制度，对如何管理金属异物进行明确规定，制**检表，要求员工定期检查，防患于未然。

原材料是正极材料中金属异物的直接来源，应对购买的原材料进行金属异物含量的规定，入厂后应严格检验，保证其含量在规定的范围内。如果原材料的金属异物含量**标，后续工序很难将其除去。

为了除去金属异物，电磁除铁已成为生产正极材料的必经工序，电磁除铁机被普遍使用，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、锌部件的使用，如必须要用到也尽量不要与粉料直接接触或裸露在空气中。此外，电磁除铁机的安装位置、安装个数、参数设置等对除铁效果也有一定影响。

为了保证车间环境，实现车间正压，建立双重门、风淋门避免外界粉尘流入车间污染物料也是很必要的措施，同时车间设备、钢结构应避免生锈，地面也要进行刷漆并定期除磁。

正极材料大都是微米或纳米级颗粒，较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，如果正极材料水分高，在进行浆料搅拌过程中N M P吸水后会造成 P V DF 溶解度降低，导致浆料凝胶成果冻状，影响加工性能。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一样要作为重点管控项目。

产线设备自动化程度越高，粉料在空气中暴露的时间越短，水分引入也就越少。推动材料供应商提高设备自动化程度，如实现全程管道输送，监控管道露点，安装机械手实现自动装料、下料对防止水分引入贡献巨大。但有些材料供应商受限于厂房设计或是成本压力，设备自动化程度不高、制造工序断点较多时就要严格控制粉料暴露时间，中转过程的粉料较好使用充氮气的桶盛装。

生产车间的温湿度也是一项重点管控指标，理论上讲露点越低越有利。大多数材料供应商会重点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料中的大部分水分，只要严格控制烧结工序之后到包装这个阶段的水分引入，基本可以保证材料水分不**标。

当然这并不意味着烧结工序之前就不需要控制水分，因为如果前工序水分引入过多，烧结效率和材料的微观形态都会受到影响。此外，包装方式也是很重要的，大部分材料供应商采用铝塑袋抽真空的包装方式，目前看来这种方式还是较经济有效的。

当然材料设计不同，吸水性也会有较大差异，比如包覆材料差异、比表面积差异等都会影响其吸水性。有些材料供应商虽然在制造过程中防止了水分的引入，但材料本身却具有易吸水的特性，制成较片后水分较难烘出，这就给电池制造商造成了麻烦。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。

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