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锂电池正极材料的质量管理

导读: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。

锂离子电池的性能与正极材料的质量息息相关。该文介绍了几种对锂

离子电池性能有显著影响的正极材料的失效形式，如混入金属异物、

水分超标、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。

1、正极材料中混入金属异物

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。

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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，制定点检表，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超标，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

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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