鋰電池廠(chǎng)家深度總結：鋰電池生產(chǎn)對工藝環(huán)境參數的要求

鋰電池廠(chǎng)家深度總結：鋰電池生產(chǎn)對工藝環(huán)境參數的要求。鋰電池在生產(chǎn)過(guò)程中，有很多東西是必須嚴格控制的，主要有三：一是粉塵，二是金屬顆粒，三是水分。接下來(lái)就帶領(lǐng)大家分別說(shuō)說(shuō)這三種控制要點(diǎn)。

鋰電池生產(chǎn)粉塵控制

之所以粉塵控制放在首位，這是由電池所使用的材料和其安全需求決定的。鋰離子電池為了追求更高的能量密度和功率，在設計的時(shí)候，一般都會(huì )把所使用的隔膜紙的厚度降到盡量低的程度，在我們的電池中，所使用的隔膜的厚度為20μm，相當于頭發(fā)直徑的1/3的厚度，一根頭發(fā)就可以刺穿隔膜紙好幾層了（這也是為什么生產(chǎn)人員戴帽子把頭發(fā)裹起來(lái)的原因），其厚度是相當薄的，如果粉塵的直徑接近隔膜紙的厚度，那么，就容易導致電池的短路，在某些情況下，甚至導致電池起火爆炸。

安全，是這個(gè)世界上最重要的事情，離開(kāi)安全而談其他，都是空話(huà)。也許，我們已經(jīng)了解過(guò)去的新聞，有很多電池在使用的過(guò)程中起火爆炸，甚至致人于死地。

電池起火爆炸的原因多種多樣，普遍的還是粉塵和金屬顆粒所引起的爆炸。它們都有一個(gè)共同的失效原因，那就是粉塵或者金屬顆粒所導致的內部短路，進(jìn)而引起電池的激烈內部放電和能量積累，進(jìn)而到導致電池爆炸起火。爆炸起火所導致的經(jīng)濟損失是無(wú)法估量的，比如2006年的Sony，因為其筆記本電腦電池著(zhù)火并導致汽車(chē)著(zhù)火，進(jìn)行全面召回，股票和利潤大幅下跌，下降30%。

是的，對于鋰電池而言，貫穿于整個(gè)制造的過(guò)程中，必須高度重視的就是安全性，誰(shuí)都不能跨越這個(gè)坎。如果，那一排排的裝在汽車(chē)座椅下面的電池它不安全，是不是一排排的雷管？是不是一排排的炸彈？當然，鋰電池廠(chǎng)家們還不至于造炸彈，但如果不去控制的話(huà)，終究會(huì )被自己造出來(lái)的產(chǎn)品所傷害。鋰電池廠(chǎng)家需要做好一件事，這些危言聳聽(tīng)的故事才會(huì )遠遠地離開(kāi)我們。

控制粉塵。像潔癖一樣控制粉塵，像對付敵人一樣冷酷地對待粉塵，讓其在電池的制造過(guò)程中消失！所謂千里之行，始于足下，當然，現在鋰電池技術(shù)相對成熟，生產(chǎn)車(chē)間控制粉塵已經(jīng)不在話(huà)下了。就比如諾信電子自主建立的無(wú)塵車(chē)間，以及嚴格的控制生產(chǎn)人員穿戴無(wú)塵服，就能很好有效的控制粉塵。

粉塵對電池性能的影響

在鋰電池生產(chǎn)車(chē)間中，有著(zhù)各種各樣的粉塵、顆粒。諸如極片搬運產(chǎn)生的粉料灰塵，機器和夾具磨損的金屬顆粒，蓋板和鋁殼組裝時(shí)刮擦的金屬屑，激光焊接時(shí)噴濺的金屬屑，員工工鞋帶進(jìn)來(lái)的土塵，還有頭發(fā)，碎屑等等。如果控制不當，這些粉塵、碎屑通常粘附在極片，隔膜或者蓋板上，進(jìn)而在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)入電池內部，會(huì )給鋰電池造成很大的不良影響。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，會(huì )產(chǎn)生如下幾個(gè)后果：

1、造成電池HSD（高自放電）。HSD，是指電池在不使用的情況下，電量也會(huì )損耗。當這個(gè)損耗在規定的情況下超過(guò)一定量之后，這只電池就被認為是B品或報廢電池。HSD很?chē)乐氐臅r(shí)候，充滿(mǎn)電的電池，過(guò)不了多久，電量就會(huì )損耗殆盡，甚至使電池的電壓變?yōu)?V。而生產(chǎn)的鋰離子電池，任何情況下電壓都是不能低于2.0V的，如果電壓低于2.0V，電池就會(huì )出現不可逆轉的化學(xué)反應，就失去了循環(huán)充放電的能力，電池也就報廢了。對于客戶(hù)而言，自放電所引起的結果就是，手機今天充電，明天就沒(méi)電，電動(dòng)車(chē)今天騎來(lái)公司的時(shí)候，還是滿(mǎn)電的，下班的時(shí)候，就已經(jīng)沒(méi)有電了，汽車(chē)停在停車(chē)場(chǎng)半個(gè)月，重新啟動(dòng)時(shí)沒(méi)有電了。這些，都是自放電電池在客戶(hù)端的表現，它會(huì )讓電池失去使用功能，而導致客戶(hù)非常不滿(mǎn)。

2、造成電池內部短路電池的能量，主要由卷芯提供，其中正極片，負極是能量的源頭?；瘜W(xué)電池有個(gè)規律，在電池外部是電子導電，電池內部則是離子導電。所以電池內的卷芯要用隔膜隔開(kāi)正極片和負極片，使得離子在電解液中穿過(guò)隔膜，進(jìn)行化學(xué)反應。如果電池內部正極片和負極片直接接觸了，或者通過(guò)粉塵，碎屑導電，那電池內部就成了電子導電了，電池就內部短路了。如果電池內部短路了，那么電池就大量發(fā)熱，那么隨著(zhù)電池的大量發(fā)熱，進(jìn)而可能出現起火爆炸。

3、造成電池起火爆炸。電池在滿(mǎn)電的時(shí)候，內部突然短路，會(huì )立即釋放出大量熱量，致使電池迅速升溫，電解液分解產(chǎn)生大量氣體，電池內部壓力急劇上升，進(jìn)而發(fā)生電池爆炸的嚴重后果。爆炸會(huì )使電池零部件飛濺，容易傷人，也會(huì )使電解液著(zhù)火，很容易引發(fā)火災。粉塵，金屬顆粒，隔膜紙破孔，極片的毛刺等容易使脆弱的隔膜紙刺破而導致重大的失效。在生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)Hi-pot測試，高溫老化來(lái)檢測挑出HSD，短路的電池。但這種方法不能100%挑出所有缺陷電池。有些電池的內部的粉塵和顆粒，處于臨界狀態(tài)，在多次充放電后，或經(jīng)過(guò)振動(dòng)、高溫等不合理使用時(shí)，這些危險后果才會(huì )顯現。

除塵

生活的在北方的朋友可能都熟悉雞毛撣子，這種除塵的方式有點(diǎn)自欺欺人，粉塵被你掃下來(lái)了以后，依舊會(huì )飄在整個(gè)空間，最終還是會(huì )落回物體表面，因此，在鋰電池生產(chǎn)車(chē)間里，這種除塵方式是不被允許的，屬于這種方式的有：用高壓氣體沖刷產(chǎn)品，用牙刷刷機器，用布拍打機器。

如果非得用這種方法，那么就要定向而且要和真空收集一起使用。濕布除塵濕布除塵，這種方式，鋰電池廠(chǎng)家普遍使用，當然，這種方式依舊具有其局限性，因為產(chǎn)品怕水，所以，用濕布來(lái)除塵，當然就有可能把整個(gè)干燥間的濕度降低下來(lái)了，因而引起產(chǎn)品的不良。雖然DMC和酒精等同樣可以用于清洗，但是DMC易于腐蝕塑料表面，而酒精也是產(chǎn)品所不能接觸的東西，因此，在X %RH干燥間，DMC可以用于擦拭金屬的零件，卻不能用于擦拭塑料的零件。塑料零件可以用防靜電液進(jìn)行擦拭。但是，在1%RH的注液間中，就更只能用純DMC了。

濕布除塵，需要有規則，擦拭零件或地面，永遠是朝一個(gè)方向推進(jìn)，有利于粉塵的集中，同一片濕布，不能多處使用，它會(huì )引起粉塵之間的交叉污染，最終引起產(chǎn)品的高自放電。所以，在擦拭零件時(shí)，一片碎布，擦一個(gè)零件。

真空吸塵，真空吸塵應該是鋰電池廠(chǎng)家除塵方式的一種常態(tài)，它是最直接把粉塵收集然后帶出車(chē)間的，不引起二次污染。吸塵的工具需要齊全，專(zhuān)用的吸塵器只能專(zhuān)用于某些領(lǐng)域，例如，用于吸鋰電池負極粉塵的，就專(zhuān)用于吸負極粉塵，專(zhuān)用于鋰電池正極粉塵的就專(zhuān)用于吸正極粉塵，用于吸地面的 ，就專(zhuān)用于吸地面。不交叉使用。對于真空吸塵而言，當真空越大，吸力也就越強，距離越近，吸力也越強，所以，在使用真空吸塵槍時(shí)在保證不損傷零件和產(chǎn)品的前提下，可以盡量靠近零件和產(chǎn)品，使其除塵更徹底。

膠布粘塵，對于一些旮旮旯旯之類(lèi)的地方，很難用吸塵器或者濕布進(jìn)行除塵，但卻可以用膠布借助工具進(jìn)行收集，然后包扎起來(lái)，使其不脫落于各個(gè)角落，因此，膠布除塵是值得推行的一種方法，沒(méi)有二次污染，更能固化粉塵。當然，選擇粘度適中的膠布很重要。除塵當然也有其順序，一般遵循從上到下，從里到外，從左到右的方式，這樣不會(huì )出現一些區域已經(jīng)清理過(guò)后被2次污染。

鋰電池生產(chǎn)水分控制

水分對鋰離子電池影響巨大，主要會(huì )造成以下不良后果：

1、電解液變質(zhì)，使電池生銹

鋰電池的所用的電解液，是不能在水分過(guò)高的環(huán)境下使用的。電池注液的時(shí)候，必須要在小于2%濕度的環(huán)境下，并且注液后趕快封口，阻止電池內部和空氣接觸。如果水分過(guò)高，電解液和水分反應，生成微量有害氣體，對注液房環(huán)境有不良影響；這也會(huì )影響電解液本身的質(zhì)量，使得電池性能不良；還會(huì )使電池鉚釘生銹。

2、電池內部壓力過(guò)大

水分會(huì )和電解液中的一種成分反應，生成有害氣體。當水分足夠多時(shí)，電池內部的壓力就變大，引起電池受力變形。主要表現為鋰聚合物電池，鼓包、開(kāi)裂，甚至出現電解液噴濺，電池碎片傷人等危險。

3、高內阻(High ACR)

鋰電池在使用的時(shí)候，內阻小，就能進(jìn)行大電流放電，電池的功率也就很高；如果內阻大，就不能進(jìn)行大電流放電，電池的功率也就比較低。就比如手機電池，快沒(méi)電的時(shí)候，可以收發(fā)短信，但不能打電話(huà)，一打電話(huà)就關(guān)機。這是因為打電話(huà)的時(shí)候，需要的功率大于收發(fā)短信所需。

4、高自放電(HSD)

自放電，是指鋰電池在不使用的情況下，電量也會(huì )損耗。當這個(gè)損耗在規定的情況下超過(guò)一定量之后，這只電池就被認為是高自放電，成為B品或報廢電池。

HSD很?chē)乐氐臅r(shí)候，充滿(mǎn)電的電池，過(guò)不了多久，電量就會(huì )損耗殆盡，甚至使的電池的電壓變?yōu)?V。而生產(chǎn)的鋰離子電池，任何情況下電壓是不能低于2.0V的，如果電壓低于2.0V，電池就會(huì )出現不可逆轉的化學(xué)反應，就失去了循環(huán)充放電的能力，電池也就報廢了。對于客戶(hù)而言，自放電所引起的結果就是，手機今天充電，明天就沒(méi)電，電動(dòng)車(chē)今天騎來(lái)公司的時(shí)候還是滿(mǎn)電的，下班的時(shí)候就已經(jīng)沒(méi)有電了，汽車(chē)停在停車(chē)場(chǎng)半個(gè)月，重新啟動(dòng)時(shí)沒(méi)有電了。這些，都是自放電電池在客戶(hù)端的表現，它會(huì )讓電池失去使用功能，而導致客戶(hù)非常不滿(mǎn)。

5、低容量

電池內部水分過(guò)高，損耗了電解液的有效成分，也損耗了鋰離子，使得鋰離子在電池負極片發(fā)生不可逆轉的化學(xué)反應。消耗了鋰離子，電池的能量就減少了。充滿(mǎn)電后本來(lái)可以使用1小時(shí)的鋰電池，因為內部有水分，就只能使用50分鐘了。

6、低循環(huán)壽命

如果水分超標，情況就不會(huì )這么樂(lè )觀(guān)了。承諾給客戶(hù)說(shuō)可以使用5年，結果4年就充不進(jìn)電、干不了活了，客戶(hù)會(huì )答應嗎，還會(huì )買(mǎi)你的電池嗎？鋰電池裝進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)，承諾可以使用10年，結果8年9年的時(shí)候，開(kāi)不了幾公里就沒(méi)電了。如果你是用戶(hù)，你會(huì )答應嗎？

7、電池漏液

當電池內部的水分多的時(shí)候，電池內部的電解液和水反應，其產(chǎn)物將是氣體和氫氟酸，氫氟酸是一中腐蝕性很強的酸，它可以使電池內部的金屬零件腐蝕，進(jìn)而使電池最終漏液。如果電池漏液，電池的性能將急速下降，而且電解液還會(huì )對使用者的機器進(jìn)行腐蝕，終而引起更加危險的失效。

水分的來(lái)源

車(chē)間中的水分來(lái)源多種多樣，一般來(lái)自于以下幾方面：空氣中的水分、人體出汗產(chǎn)生的水分、人體呼吸產(chǎn)生的水分；雨天，衣服淋濕之后，沒(méi)有完全干燥進(jìn)入車(chē)間；洗手后，手沒(méi)有烘干進(jìn)入車(chē)間。水分還來(lái)自紙箱等包裝物，這些包裝物的含水量很高，也是水分的來(lái)源之一，對于所使用的原材料，輔料，他們也是帶有不同含量的水分的，譬如紙巾，譬如隔膜紙，譬如極片，他們都是吸水性非常強的物質(zhì)，一旦水分被吸進(jìn)去，就要花能量去把它除掉。

空氣中的水分，一般用相對濕度來(lái)衡量。在不同溫度和天氣，有很大的差別，在夏天的雨天可以達到90%，冬天的雪天則30%左右，在夏天的晴天50%左右，冬天的晴天則20%左右。人呼吸的時(shí)候，距離鼻孔2厘米，濕度則達到85%?？諝庵兴暮?，可以參見(jiàn)下表：

鋰電池中的水分來(lái)源

車(chē)間中的水分控制，最終還是要用于控制電池中的水分。對于電池中的水分，它的來(lái)源就主要是來(lái)之于材料，當然也涉及環(huán)境。

正極片

正極片使用的是納米材料，這種納米材料具有很強的吸水性，很容易周?chē)目諝庵形账帧?/span>

負極片

負極片比正極片來(lái)說(shuō)，吸水性相對低一點(diǎn)，當然，在沒(méi)有控制濕度的環(huán)境下，其從環(huán)境空氣中吸水數量也是相當可觀(guān)的。

隔膜紙

隔膜紙也是一種多孔性的塑料薄膜，其吸水性也是很大的。

電解液

電解液是一種非常怕水的物質(zhì)，它也非常容易吸水，會(huì )和水進(jìn)行化學(xué)反應，直至所有的電解液物質(zhì)反映完成，也就是說(shuō)，它喝水的能力是永無(wú)止境，直至自己“死掉”。

其他金屬零件

雖然金屬零件本身對水分的吸收有限，但是，金屬零件對水分卻很怕，因為水分的存在會(huì )使其生銹或者腐蝕。材料中的水分含量是電池中水分的主要來(lái)源，環(huán)境濕度越大，電池材料越容易吸收水分。

在X%RH 組裝車(chē)間

在這個(gè)車(chē)間，是電池材料吸水的主要場(chǎng)所，所有的重要原材料，正極片，負極片，隔膜紙，電池零件都暴露在這個(gè)車(chē)間一段時(shí)間，所以，他是電池材料吸水的主要場(chǎng)所，而且，停留時(shí)間越長(cháng)，吸的水分就越多，因此，在這個(gè)車(chē)間，應該保證產(chǎn)品呆在這個(gè)車(chē)間的時(shí)間越短越好。

在X% RH welding 焊車(chē)間

激光焊車(chē)間也是30%的濕度，因為電池在這個(gè)階段還沒(méi)有封口，所以也需要控制電池在這個(gè)車(chē)間等待的時(shí)間，保證電池的水分含量足夠小。

在車(chē)間走廊（約30～90%，隨天氣而變）車(chē)間走廊是沒(méi)有控制濕度的，如果電池等待在這個(gè)區域，那么它的吸水性將是最大的，所以，要100%避免未封口的電池和材料暴露在此區域。下圖是一卷點(diǎn)焊了極耳的正極片，完全干燥后，在(50～70)%的環(huán)境下的吸水圖：

由圖可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)一天，吸水量達到極片本身的0.3%，經(jīng)過(guò)兩天，水分達到0.5%，經(jīng)過(guò)五天，水分達到0.7%；換算電池的話(huà)，則1只電池1天吸20滴水。因此電池轉移經(jīng)過(guò)車(chē)間走廊時(shí)，一定要迅速穩健。

在X % RH 烘烤間

這個(gè)車(chē)間，是非常重要的，之所以說(shuō)重要是，因為電池吸收到的所有水分，都必須通過(guò)這個(gè)工序烘烤出來(lái)。如果烘烤不出來(lái)，那么，前面所有提到的問(wèn)題都會(huì )在鋰電池產(chǎn)品表現出來(lái)。烘烤后的電池必須在最短的時(shí)間內轉進(jìn)注液房，否則，電池將會(huì )吸水很?chē)乐?。下面是烘干后的電池在烘烤房陳放時(shí)的吸水曲線(xiàn)：

這個(gè)圖說(shuō)明，烘烤后的電池，在30%的房間，僅僅由一個(gè)小小的注液孔透氣，就會(huì )在15分鐘吸水達到電池本身重量的0.003%，也就是0.006g，幾乎是五分之一滴水。然后需要在過(guò)渡烘箱加烘至少4小時(shí)，才能再次烘干這15分鐘的吸水量。

在2% RH注液

這個(gè)房間，是濕度應該最嚴格控制的房間，濕度應該控制在2%以下，溫度控制在23±3℃以下。如果達不到這個(gè)要求，前面所有的控制都會(huì )失敗，電池會(huì )重新吸收水分，電解液在注液過(guò)程中也會(huì )吸收水分。如果這里控制不好，前功盡棄。

因此電池轉進(jìn)注液房以后，要用膠帶暫時(shí)封住注液孔，當注液的時(shí)候才能拿開(kāi)，一次注液后陳化時(shí)，又要用膠帶封住注液孔。等待注液的電池，還要存在真空箱內，抽真空以阻止空氣中的水分。在這個(gè)1%的注液房，需要一個(gè)功率很大的除濕機來(lái)輸送干空氣。假如帶1滴水(1滴水約為0.05g)進(jìn)入注液房，就需要耗費5度電才能除掉這1滴水。在能源緊缺的今天，這是一個(gè)巨大的浪費。

目前的除水措施

消除環(huán)境水分：建立干燥車(chē)間。用干燥機生成干燥空氣，不斷的輸進(jìn)干燥車(chē)間，置換車(chē)間內的濕空氣。

消除電池內部的水分：用真空烘烤來(lái)除水；烘烤結束后，首先要測試電池是否烘烤合格，這個(gè)測試儀器花了15萬(wàn)塊錢(qián)。把電池在水分最低的注液房（濕度＜2%）用最短的時(shí)間內完成注液，陳化，封口，阻止電池和空氣中的水分接觸；在沒(méi)封口之前，還要用膠帶封進(jìn)注液孔。

人體水分控制：這項措施，每天都在進(jìn)行著(zhù)，戴口罩，穿防靜電服。這種保護是雙向的，保護了電池，也保護了我們不被灰塵侵擾；在洗手間，配備自動(dòng)干手機，洗完手之后，吹干再回車(chē)間。

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