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目前有(you)幾種對(dui)(dui)鋰離子電池性能(neng)有(you)顯著影響(xiang)的(de)正極材料(liao)的(de)失效形式，如水分超(chao)標、混入金屬異物(wu)、批次一(yi)致性差(cha)等，闡明(ming)了這(zhe)些(xie)失效形式對(dui)(dui)電池性能(neng)造(zao)成的(de)嚴(yan)重(zhong)危(wei)害，以及從(cong)質(zhi)量管理角度(du)對(dui)(dui)如何避免這(zhe)些(xie)失效的(de)發生進行了說明(ming)，為進一(yi)步預防質(zhi)量問題的(de)發生、提高鋰離子電池的(de)品(pin)質(zhi)作出有(you)力(li)保證(zheng)。

正極材(cai)料(liao)是鋰(li)離子電(dian)池的(de)關(guan)鍵核(he)心材(cai)料(liao)之一，其(qi)性能直(zhi)接影響了鋰(li)離子電(dian)池的(de)各(ge)項性能指標(biao)，目前(qian)已經市場化的(de)鋰(li)離子電(dian)池正極材(cai)料(liao)包括鈷酸鋰(li)、錳酸鋰(li)、磷酸鐵鋰(li)和三(san)元材(cai)料(liao)等產(chan)品。

相比于(yu)鋰離子電(dian)池的(de)(de)其他(ta)原材料，正(zheng)極材料的(de)(de)品種更(geng)加多(duo)樣化(hua)，生產工藝也更(geng)加復雜，品質失效的(de)(de)風險也就(jiu)更(geng)大，因(yin)而對其質量管理的(de)(de)要(yao)求也就(jiu)更(geng)高。讓我們了解一下鋰離子電(dian)池正(zheng)極材料常見(jian)的(de)(de)失效形式以及相應(ying)的(de)(de)預防措(cuo)施(shi)。

1 正(zheng)極材料水分超標

正(zheng)極(ji)材料大都是(shi)微米或納米級顆粒，極(ji)易(yi)吸(xi)收空(kong)氣中的(de)(de)水(shui)分(fen)，特別是(shi) Ni含量高的(de)(de)三元(yuan)材料。在(zai)(zai)制備正(zheng)極(ji)漿料時，如果正(zheng)極(ji)材料水(shui)分(fen)高，在(zai)(zai)進行(xing)漿料攪(jiao)拌(ban)過程(cheng)中NMP吸(xi)水(shui)后會造成(cheng) PVDF 溶解度(du)降(jiang)低，導致漿料凝膠成(cheng)果凍狀，影響加工性能(neng)。制成(cheng)電池(chi)后，其容量、內阻、循環和倍(bei)率等(deng)都會受到(dao)影響，因(yin)此(ci)正(zheng)極(ji)材料的(de)(de)水(shui)分(fen)與金屬異物一樣(yang)要(yao)作(zuo)為重點管控項(xiang)目。

產線(xian)設(she)備(bei)自動(dong)(dong)化程度越高(gao)，粉料(liao)(liao)在空氣中暴(bao)(bao)露(lu)的(de)時間(jian)(jian)越短，水(shui)分引(yin)入(ru)(ru)也就(jiu)(jiu)越少(shao)。推(tui)動(dong)(dong)材料(liao)(liao)供(gong)應商提高(gao)設(she)備(bei)自動(dong)(dong)化程度，如實現全程管(guan)道(dao)輸送，監(jian)控管(guan)道(dao)露(lu)點，安裝(zhuang)(zhuang)機械手實現自動(dong)(dong)裝(zhuang)(zhuang)料(liao)(liao)、下料(liao)(liao)對防止水(shui)分引(yin)入(ru)(ru)貢(gong)獻巨大。但有些材料(liao)(liao)供(gong)應商受限于廠房設(she)計或是成本壓力，設(she)備(bei)自動(dong)(dong)化程度不高(gao)、制造(zao)工序斷點較多時就(jiu)(jiu)要嚴格控制粉料(liao)(liao)暴(bao)(bao)露(lu)時間(jian)(jian)，中轉過(guo)程的(de)粉料(liao)(liao)最好使用充氮氣的(de)桶盛裝(zhuang)(zhuang)。

生產車間的(de)溫濕度(du)也是一項重點管控(kong)指標(biao)，理論上講露點越低越有利。大多數材料供應商會重點關注燒結工(gong)序之后的(de)水(shui)分(fen)(fen)控(kong)制，他們(men)認為1000度(du)左右的(de)燒結溫度(du)可以(yi)(yi)除(chu)去粉料中的(de)大部分(fen)(fen)水(shui)分(fen)(fen)，只要嚴格(ge)控(kong)制燒結工(gong)序之后到包裝這個階段的(de)水(shui)分(fen)(fen)引入(ru)，基本可以(yi)(yi)保證(zheng)材料水(shui)分(fen)(fen)不(bu)超標(biao)。

當然這(zhe)并(bing)不意味著(zhu)燒(shao)結工(gong)序之(zhi)前(qian)就不需要(yao)控制水(shui)分(fen)(fen)，因為如果前(qian)工(gong)序水(shui)分(fen)(fen)引入過多，燒(shao)結效(xiao)率和材料的(de)(de)微觀形態都會(hui)受(shou)到影響。此外，包(bao)裝方(fang)式也是很重要(yao)的(de)(de)，大部分(fen)(fen)材料供應商(shang)采用鋁塑袋抽(chou)真(zhen)空的(de)(de)包(bao)裝方(fang)式，目前(qian)看來這(zhe)種方(fang)式還是最經(jing)濟有效(xiao)的(de)(de)。

設(she)計不同(tong)，吸水(shui)(shui)(shui)性也會有(you)較大差異(yi)，比(bi)如(ru)包覆(fu)材(cai)(cai)料(liao)差異(yi)、比(bi)表面(mian)積差異(yi)等都會影響其吸水(shui)(shui)(shui)性。有(you)些材(cai)(cai)料(liao)供(gong)應(ying)商雖然在制造(zao)過程中(zhong)防止了水(shui)(shui)(shui)分(fen)的(de)引入，但材(cai)(cai)料(liao)本身卻具有(you)易(yi)吸水(shui)(shui)(shui)的(de)特性，制成極片后水(shui)(shui)(shui)分(fen)極難烘出，這就給(gei)電(dian)池制造(zao)商造(zao)成了麻煩。因此，在開發(fa)新材(cai)(cai)料(liao)時應(ying)考慮(lv)到(dao)吸水(shui)(shui)(shui)性的(de)問題，開發(fa)出普適性更高的(de)材(cai)(cai)料(liao)，這對供(gong)需雙方都大有(you)好處。

2 正(zheng)極材料中混(hun)入金屬異物

當正極材料中(zhong)存(cun)在鐵( Fe )、銅(tong)(Cu )、鉻(Cr )、鎳(Ni)、鋅(Zn)、銀(Ag)等金屬(shu)雜質時(shi)，電(dian)池化成階段的(de)(de)(de)電(dian)壓達到這(zhe)(zhe)些金屬(shu)元素的(de)(de)(de)氧化還原電(dian)位后，這(zhe)(zhe)些金屬(shu)就(jiu)會(hui)先在正極氧化再到負極還原，當負極處的(de)(de)(de)金屬(shu)單質累積到一定程度，其(qi)沉(chen)積金屬(shu)堅硬的(de)(de)(de)棱角就(jiu)會(hui)刺穿隔膜，造成電(dian)池自(zi)放電(dian)。

自放電(dian)(dian)對鋰(li)離子(zi)電(dian)(dian)池會造成致命(ming)的影響，因而從源頭上防止金屬異物的引入就顯得格外(wai)重要。

正極材(cai)(cai)料(liao)生產(chan)工序較(jiao)(jiao)多，制造過程中的每(mei)一個環節都(dou)會有金屬異物引(yin)入的風(feng)險，這(zhe)就對材(cai)(cai)料(liao)供應(ying)商(shang)(shang)的設備(bei)自(zi)動(dong)化程度及(ji)現場質量(liang)管理水平提出了更高要求。但材(cai)(cai)料(liao)供應(ying)商(shang)(shang)往往由于(yu)成本限制，其設備(bei)自(zi)動(dong)化程度較(jiao)(jiao)低，生產(chan)制造工序斷點(dian)較(jiao)(jiao)多，不可控的風(feng)險增(zeng)加。

因(yin)此，電池制造商(shang)為了保證電池性能穩定，預防(fang)自放電發(fa)生，必(bi)須(xu)推動材(cai)料供(gong)應商(shang)從人(ren)、機、料、法、環五大方面(mian)防(fang)止金屬異物引入。

首先(xian)從(cong)人員管控(kong)開始(shi)，應禁(jin)止(zhi)員工攜帶金屬異物進入車間(jian)，禁(jin)止(zhi)佩(pei)戴首飾，進入車間(jian)應著(zhu)工作(zuo)服、工作(zuo)鞋，戴手套，避免接觸(chu)金屬異物后再接觸(chu)粉料。要建立監督檢查機制，培養員工的質量意識，使其自(zi)覺遵守并(bing)維(wei)護(hu)車間(jian)環境。

生產設(she)(she)備(bei)(bei)是異物(wu)(wu)(wu)引(yin)入的(de)(de)主要(yao)環節，比如跟物(wu)(wu)(wu)料(liao)接(jie)(jie)觸(chu)的(de)(de)設(she)(she)備(bei)(bei)部(bu)件(jian)(jian)和(he)工(gong)(gong)具(ju)出現生銹、固有材(cai)質磨損等現象(xiang);未(wei)直接(jie)(jie)跟物(wu)(wu)(wu)料(liao)接(jie)(jie)觸(chu)的(de)(de)設(she)(she)備(bei)(bei)部(bu)件(jian)(jian)和(he)工(gong)(gong)具(ju)，粉塵粘附后因(yin)車間氣(qi)流作用漂浮到(dao)物(wu)(wu)(wu)料(liao)中。根據(ju)影響程度，可采(cai)取(qu)不同的(de)(de)處理(li)(li)方式，如刷(shua)漆(qi)、更換為非金(jin)屬材(cai)質涂層(塑料(liao)、陶(tao)瓷類(lei))、裸露金(jin)屬部(bu)件(jian)(jian)進(jin)行包裹(guo)等。管(guan)理(li)(li)者還應制(zhi)定(ding)相應的(de)(de)規章制(zhi)度，對如何管(guan)理(li)(li)金(jin)屬異物(wu)(wu)(wu)進(jin)行明確規定(ding)，制(zhi)定(ding)點檢表(biao)，要(yao)求員工(gong)(gong)定(ding)期檢查，防患于未(wei)然。

原(yuan)材料是正(zheng)極材料中金屬(shu)異物的(de)(de)直(zhi)接來源(yuan)，應對購(gou)買的(de)(de)原(yuan)材料進行金屬(shu)異物含(han)量(liang)的(de)(de)規(gui)定，入(ru)廠(chang)后(hou)應嚴格(ge)檢(jian)驗，保證(zheng)其(qi)含(han)量(liang)在規(gui)定的(de)(de)范(fan)圍內。如(ru)果原(yuan)材料的(de)(de)金屬(shu)異物含(han)量(liang)超(chao)標(biao)，后(hou)續工序很(hen)難將其(qi)除去(qu)。

為(wei)了除去金屬(shu)(shu)異(yi)物(wu)，電磁(ci)(ci)除鐵(tie)(tie)已成(cheng)為(wei)生產正極材(cai)料(liao)的必經工序，電磁(ci)(ci)除鐵(tie)(tie)機被普遍使(shi)用(yong)，但該設備對(dui)非磁(ci)(ci)性(xing)金屬(shu)(shu)物(wu)質如銅、鋅(xin)等不起作用(yong)，因此(ci)車(che)間應避免銅、鋅(xin)部件的使(shi)用(yong)，如必須要用(yong)到也(ye)盡(jin)量不要與粉料(liao)直(zhi)接(jie)接(jie)觸或裸露在空氣中。此(ci)外，電磁(ci)(ci)除鐵(tie)(tie)機的安裝位(wei)置(zhi)、安裝個數、參數設置(zhi)等對(dui)除鐵(tie)(tie)效果(guo)也(ye)有一定影響。

為了保(bao)證(zheng)車(che)(che)間環境，實現車(che)(che)間正壓，建立雙重(zhong)門、風淋(lin)門避免外界粉塵流入車(che)(che)間污(wu)染物料也(ye)是很必要的措(cuo)施，同時車(che)(che)間設備(bei)、鋼結(jie)構應避免生銹，地面也(ye)要進(jin)行刷漆并(bing)定期除磁。

3 正極材料(liao)批次(ci)一致性差

對于電池制造商而言(yan)，正(zheng)極材料(liao)(liao)批次間差異越(yue)小、一致性(xing)(xing)越(yue)好，成品電池的性(xing)(xing)能才能越(yue)穩(wen)定。大家都知道磷酸鐵鋰正(zheng)極材料(liao)(liao)的一個最主要缺點就是批次穩(wen)定性(xing)(xing)差，在制漿時往往由(you)于批次波動大，每批次漿料(liao)(liao)的粘(zhan)度和(he)固(gu)含量都不穩(wen)定，這就給(gei)使用(yong)者(zhe)帶來了麻(ma)煩，需(xu)要不停(ting)地調整工藝(yi)去(qu)適應。

提(ti)(ti)高生產設備的(de)(de)自(zi)動化程度是提(ti)(ti)高磷(lin)酸鐵(tie)鋰(li)材料(liao)批(pi)(pi)次穩定(ding)性的(de)(de)主要手(shou)段，然而(er)，目前國內磷(lin)酸鐵(tie)鋰(li)材料(liao)供應商的(de)(de)設備自(zi)動化程度普遍較(jiao)低，技術(shu)水平和質量管理能力不高，提(ti)(ti)供的(de)(de)材料(liao)存在(zai)不同程度的(de)(de)批(pi)(pi)次不穩定(ding)問(wen)題。站在(zai)使用者的(de)(de)角(jiao)度，如(ru)果批(pi)(pi)次差異(yi)不能消除，我們希望一個批(pi)(pi)次的(de)(de)重量越(yue)大越(yue)好，當然前提(ti)(ti)是同一個批(pi)(pi)次的(de)(de)材料(liao)均勻穩定(ding)。

所以(yi)為了達(da)到這一要求，鐵鋰材料(liao)供應商往往在制成成品后(hou)增(zeng)加(jia)一步混(hun)合(he)工序，即將幾(ji)個(ge)批次的(de)材料(liao)進(jin)行均(jun)勻混(hun)合(he)，混(hun)合(he)釜(fu)的(de)容積(ji)越(yue)大所盛(sheng)裝的(de)材料(liao)就越(yue)多，混(hun)合(he)出的(de)一個(ge)批次的(de)量也(ye)就越(yue)大。

鐵鋰材(cai)料(liao)的(de)粒徑(jing)、比表面(mian)積、水分、pH值等指標(biao)都會(hui)影響到(dao)制成漿料(liao)的(de)粘度(du)，但往往這些(xie)指標(biao)都已(yi)嚴(yan)格控制在(zai)一定范圍(wei)內，可仍然會(hui)出(chu)現批次(ci)漿料(liao)粘度(du)差異(yi)大的(de)情(qing)況，為(wei)了防止批量(liang)使用(yong)(yong)時出(chu)現異(yi)常，往往在(zai)投入(ru)使用(yong)(yong)前(qian)模擬生產(chan)配方提(ti)前(qian)制備一些(xie)漿料(liao)測(ce)試(shi)粘度(du)，符(fu)合要(yao)求后再(zai)投入(ru)使用(yong)(yong)，但電池制造商如果(guo)每次(ci)投產(chan)前(qian)都進行(xing)測(ce)試(shi)會(hui)大大降低(di)生產(chan)效率，所(suo)以便把這項工(gong)作(zuo)前(qian)置到(dao)材(cai)料(liao)供應商處(chu)，要(yao)求材(cai)料(liao)供應商完成測(ce)試(shi)符(fu)合要(yao)求后再(zai)發貨。

當(dang)然隨著技術的(de)進步，材料供(gong)應商制程(cheng)(cheng)能力(li)的(de)提升，物性指(zhi)標的(de)散(san)布(bu)越來(lai)越小，發(fa)(fa)貨前測試粘度這(zhe)一(yi)步驟就可以(yi)省去了。除了以(yi)上提到的(de)改善一(yi)致性的(de)措施外，我們還應運(yun)用質(zhi)量工具(ju)最(zui)大(da)程(cheng)(cheng)度的(de)削弱這(zhe)種批次不穩定性，預防質(zhi)量問(wen)題的(de)發(fa)(fa)生(sheng)。主要從以(yi)下幾個方面著手。

(1)作業規(gui)程(cheng)的(de)建立。

產(chan)品的固有(you)質(zhi)(zhi)量是(shi)設計出來(lai)的、更是(shi)制造(zao)出來(lai)的。因此，操作(zuo)者如何操作(zuo)對于控制產(chan)品質(zhi)(zhi)量尤為重(zhong)要，應建(jian)立詳細具體的作(zuo)業標準。

(2)CTQ的識別。

對影(ying)響(xiang)產品(pin)質量的(de)關(guan)(guan)鍵(jian)指標(biao)和關(guan)(guan)鍵(jian)工(gong)序(xu)加(jia)以識(shi)別(bie)，對這些關(guan)(guan)鍵(jian)的(de)管(guan)控指標(biao)應做特(te)別(bie)的(de)監控，并(bing)制定相(xiang)應的(de)應急(ji)反應措施(shi)。正磷酸鐵路線是當前制備磷酸鐵鋰的(de)主流，其工(gong)序(xu)包括(kuo)配料、球(qiu)磨(mo)、燒(shao)結、粉(fen)碎、包裝(zhuang)等，其球(qiu)磨(mo)工(gong)序(xu)應作為關(guan)(guan)鍵(jian)工(gong)序(xu)進(jin)行管(guan)理，因為球(qiu)磨(mo)后一(yi)(yi)次粒子粒徑的(de)一(yi)(yi)致(zhi)性如果控制不(bu)好，成(cheng)品(pin)的(de)粒徑一(yi)(yi)致(zhi)性就會受影(ying)響(xiang)，進(jin)而(er)會影(ying)響(xiang)到(dao)材料的(de)批次一(yi)(yi)致(zhi)性。

(3) SPC的使用。

對關鍵過程的(de)關鍵特性參數進行SPC時時監(jian)控，對異常點進行剖(pou)析，找出導致(zhi)不穩定(ding)的(de)原因(yin)、采取有(you)效的(de)糾正(zheng)措施(shi)和預防措施(shi)，避免不良品(pin)流(liu)向(xiang)客戶端。