鋰電池廠家深度總結(jié)：鋰電池生產(chǎn)對(duì)工藝環(huán)境參數(shù)的要求
鋰電池廠家深度總結(jié)：鋰電池生產(chǎn)對(duì)工藝環(huán)境參數(shù)的要求。鋰電池在生產(chǎn)過程中，有很多東西是必須嚴(yán)格控制的，主要有三：一是粉塵，二是金屬顆粒，三是水分。接下來就帶領(lǐng)大家分別說說這三種控制要點(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(shè)計(jì)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(dāng)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)裹起來的原因），其厚度是相當(dāng)薄的，如果粉塵的直徑接近隔膜紙的厚度，那么，就容易導(dǎo)致電池的短路，在某些情況下，甚至導(dǎo)致電池起火爆炸。
安全，是這個(gè)世界上最重要的事情，離開安全而談其他，都是空話。也許，我們已經(jīng)了解過去的新聞，有很多電池在使用的過程中起火爆炸，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(dǎo)致的內(nèi)部短路，進(jìn)而引起電池的激烈內(nèi)部放電和能量積累，進(jìn)而到導(dǎo)致電池爆炸起火。爆炸起火所導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失是無法估量的，比如2006年的Sony，因?yàn)槠涔P記本電腦電池著火并導(dǎo)致汽車著火，進(jìn)行全面召回，股票和利潤(rùn)大幅下跌，下降30%。
是的，對(duì)于鋰電池而言，貫穿于整個(gè)制造的過程中，必須高度重視的就是安全性，誰都不能跨越這個(gè)坎。如果，那一排排的裝在汽車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(dāng)然，鋰電池廠家們還不至于造炸彈，但如果不去控制的話，終究會(huì)被自己造出來的產(chǎn)品所傷害。鋰電池廠家需要做好一件事，這些危言聳聽的故事才會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)地離開我們。
控制粉塵。像潔癖一樣控制粉塵，像對(duì)付敵人一樣冷酷地對(duì)待粉塵，讓其在電池的制造過程中消失！所謂千里之行，始于足下，當(dāng)然，現(xiàn)在鋰電池技術(shù)相對(duì)成熟，生產(chǎn)車間控制粉塵已經(jīng)不在話下了。就比如諾信電子自主建立的無塵車間，以及嚴(yán)格的控制生產(chǎn)人員穿戴無塵服，就能很好有效的控制粉塵。
粉塵對(duì)電池性能的影響
在鋰電池生產(chǎn)車間中，有著各種各樣的粉塵、顆粒。諸如極片搬運(yùn)產(chǎn)生的粉料灰塵，機(jī)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)來的土塵，還有頭發(fā)，碎屑等等。如果控制不當(dāng)，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)過程中進(jìn)入電池內(nèi)部，會(huì)給鋰電池造成很大的不良影響。
簡(jiǎn)單來說，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(dāng)這個(gè)損耗在規(guī)定的情況下超過一定量之后，這只電池就被認(rèn)為是B品或報(bào)廢電池。HSD很嚴(yán)重的時(shí)候，充滿電的電池，過不了多久，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(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的化學(xué)反應(yīng)，就失去了循環(huán)充放電的能力，電池也就報(bào)廢了。對(duì)于客戶而言，自放電所引起的結(jié)果就是，手機(jī)今天充電，明天就沒電，電動(dòng)車今天騎來公司的時(shí)候，還是滿電的，下班的時(shí)候，就已經(jīng)沒有電了，汽車停在停車場(chǎng)半個(gè)月，重新啟動(dòng)時(shí)沒有電了。這些，都是自放電電池在客戶端的表現(xiàn)，它會(huì)讓電池失去使用功能，而導(dǎo)致客戶非常不滿。
2、造成電池內(nèi)部短路電池的能量，主要由卷芯提供，其中正極片，負(fù)極是能量的源頭?；瘜W(xué)電池有個(gè)規(guī)律，在電池外部是電子導(dǎo)電，電池內(nèi)部則是離子導(dǎo)電。所以電池內(nèi)的卷芯要用隔膜隔開正極片和負(fù)極片，使得離子在電解液中穿過隔膜，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。如果電池內(nèi)部正極片和負(fù)極片直接接觸了，或者通過粉塵，碎屑導(dǎo)電，那電池內(nèi)部就成了電子導(dǎo)電了，電池就內(nèi)部短路了。如果電池內(nèi)部短路了，那么電池就大量發(fā)熱，那么隨著電池的大量發(fā)熱，進(jìn)而可能出現(xiàn)起火爆炸。
3、造成電池起火爆炸。電池在滿電的時(shí)候，內(nèi)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(nèi)部壓力急劇上升，進(jìn)而發(fā)生電池爆炸的嚴(yán)重后果。爆炸會(huì)使電池零部件飛濺，容易傷人，也會(huì)使電解液著火，很容易引發(fā)火災(zāi)。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(dǎo)致重大的失效。在生產(chǎn)過程中，通過Hi-pot測(cè)試，高溫老化來檢測(cè)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(nèi)部的粉塵和顆粒，處于臨界狀態(tài)，在多次充放電后，或經(jīng)過振動(dòng)、高溫等不合理使用時(shí)，這些危險(xiǎn)后果才會(huì)顯現(xiàn)。
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(jī)器，用布拍打機(jī)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，鋰電池廠家普遍使用，當(dāng)然，這種方式依舊具有其局限性，因?yàn)楫a(chǎn)品怕水，所以，用濕布來除塵，當(dāng)然就有可能把整個(gè)干燥間的濕度降低下來了，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(guī)則，擦拭零件或地面，永遠(yuǎn)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(yīng)該是鋰電池廠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間的，不引起二次污染。吸塵的工具需要齊全，專用的吸塵器只能專用于某些領(lǐng)域，例如，用于吸鋰電池負(fù)極粉塵的，就專用于吸負(fù)極粉塵，專用于鋰電池正極粉塵的就專用于吸正極粉塵，用于吸地面的 ，就專用于吸地面。不交叉使用。對(duì)于真空吸塵而言，當(dāng)真空越大，吸力也就越強(qiáng)，距離越近，吸力也越強(qiáng)，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(duì)于一些旮旮旯旯之類的地方，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，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，沒有二次污染，更能固化粉塵。當(dāng)然，選擇粘度適中的膠布很重要。除塵當(dāng)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(xiàn)一些區(qū)域已經(jīng)清理過后被2次污染。
鋰電池生產(chǎn)水分控制
水分對(duì)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(nèi)部和空氣接觸。如果水分過高，電解液和水分反應(yīng)，生成微量有害氣體，對(duì)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(nèi)部壓力過大
水分會(huì)和電解液中的一種成分反應(yīng)，生成有害氣體。當(dāng)水分足夠多時(shí)，電池內(nèi)部的壓力就變大，引起電池受力變形。主要表現(xiàn)為鋰聚合物電池，鼓包、開裂，甚至出現(xiàn)電解液噴濺，電池碎片傷人等危險(xiǎn)。
3、高內(nèi)阻(High ACR)
鋰電池在使用的時(shí)候，內(nèi)阻小，就能進(jìn)行大電流放電，電池的功率也就很高；如果內(nèi)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(jī)電池，快沒電的時(shí)候，可以收發(fā)短信，但不能打電話，一打電話就關(guān)機(jī)。這是因?yàn)榇螂娫挼臅r(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(dāng)這個(gè)損耗在規(guī)定的情況下超過一定量之后，這只電池就被認(rèn)為是高自放電，成為B品或報(bào)廢電池。
HSD很嚴(yán)重的時(shí)候，充滿電的電池，過不了多久，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(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的化學(xué)反應(yīng)，就失去了循環(huán)充放電的能力，電池也就報(bào)廢了。對(duì)于客戶而言，自放電所引起的結(jié)果就是，手機(jī)今天充電，明天就沒電，電動(dòng)車今天騎來公司的時(shí)候還是滿電的，下班的時(shí)候就已經(jīng)沒有電了，汽車停在停車場(chǎng)半個(gè)月，重新啟動(dòng)時(shí)沒有電了。這些，都是自放電電池在客戶端的表現(xiàn)，它會(huì)讓電池失去使用功能，而導(dǎo)致客戶非常不滿。
5、低容量
電池內(nèi)部水分過高，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(fù)極片發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的化學(xué)反應(yīng)。消耗了鋰離子，電池的能量就減少了。充滿電后本來可以使用1小時(shí)的鋰電池，因?yàn)閮?nèi)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(biāo)，情況就不會(huì)這么樂觀了。承諾給客戶說可以使用5年，結(jié)果4年就充不進(jìn)電、干不了活了，客戶會(huì)答應(yīng)嗎，還會(huì)買你的電池嗎？鋰電池裝進(jìn)電動(dòng)汽車，承諾可以使用10年，結(jié)果8年9年的時(shí)候，開不了幾公里就沒電了。如果你是用戶，你會(huì)答應(yīng)嗎？
7、電池漏液
當(dāng)電池內(nèi)部的水分多的時(shí)候，電池內(nèi)部的電解液和水反應(yīng)，其產(chǎn)物將是氣體和氫氟酸，氫氟酸是一中腐蝕性很強(qiáng)的酸，它可以使電池內(nèi)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(duì)使用者的機(jī)器進(jìn)行腐蝕，終而引起更加危險(xiǎn)的失效。
水分的來源
車間中的水分來源多種多樣，一般來自于以下幾方面：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，沒有完全干燥進(jìn)入車間；洗手后，手沒有烘干進(jìn)入車間。水分還來自紙箱等包裝物，這些包裝物的含水量很高，也是水分的來源之一，對(duì)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(qiáng)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(duì)濕度來衡量。在不同溫度和天氣，有很大的差別，在夏天的雨天可以達(dá)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(dá)到85%。空氣中水的含量，可以參見下表：
鋰電池中的水分來源
車間中的水分控制，最終還是要用于控制電池中的水分。對(duì)于電池中的水分，它的來源就主要是來之于材料，當(dāng)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(qiáng)的吸水性，很容易周圍的空氣中吸收水分。
負(fù)極片
負(fù)極片比正極片來說，吸水性相對(duì)低一點(diǎn)，當(dāng)然，在沒有控制濕度的環(huán)境下，其從環(huán)境空氣中吸水?dāng)?shù)量也是相當(dāng)可觀的。
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(yīng)，直至所有的電解液物質(zhì)反映完成，也就是說，它喝水的能力是永無止境，直至自己“死掉”。
其他金屬零件
雖然金屬零件本身對(duì)水分的吸收有限，但是，金屬零件對(duì)水分卻很怕，因?yàn)樗值拇嬖跁?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 組裝車間
在這個(gè)車間，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(fù)極片，隔膜紙，電池零件都暴露在這個(gè)車間一段時(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(zhǎng)，吸的水分就越多，因此，在這個(gè)車間，應(yīng)該保證產(chǎn)品呆在這個(gè)車間的時(shí)間越短越好。
在X% RH welding 焊車間
激光焊車間也是30%的濕度，因?yàn)殡姵卦谶@個(gè)階段還沒有封口，所以也需要控制電池在這個(gè)車間等待的時(shí)間，保證電池的水分含量足夠小。
在車間走廊（約30～90%，隨天氣而變）車間走廊是沒有控制濕度的，如果電池等待在這個(gè)區(qū)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(qū)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，經(jīng)過一天，吸水量達(dá)到極片本身的0.3%，經(jīng)過兩天，水分達(dá)到0.5%，經(jīng)過五天，水分達(dá)到0.7%；換算電池的話，則1只電池1天吸20滴水。因此電池轉(zhuǎn)移經(jīng)過車間走廊時(shí)，一定要迅速穩(wěn)健。
在X % RH 烘烤間
這個(gè)車間，是非常重要的，之所以說重要是，因?yàn)殡姵匚盏降乃兴?，都必須通過這個(gè)工序烘烤出來。如果烘烤不出來，那么，前面所有提到的問題都會(huì)在鋰電池產(chǎn)品表現(xiàn)出來。烘烤后的電池必須在最短的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)進(jìn)注液房，否則，電池將會(huì)吸水很嚴(yán)重。下面是烘干后的電池在烘烤房陳放時(shí)的吸水曲線：
這個(gè)圖說明，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(dá)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(yīng)該最嚴(yán)格控制的房間，濕度應(yīng)該控制在2%以下，溫度控制在23±3℃以下。如果達(dá)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(zhuǎn)進(jìn)注液房以后，要用膠帶暫時(shí)封住注液孔，當(dāng)注液的時(shí)候才能拿開，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(nèi)，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(jī)來輸送干空氣。假如帶1滴水(1滴水約為0.05g)進(jìn)入注液房，就需要耗費(fèi)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(fèi)。
目前的除水措施
消除環(huán)境水分：建立干燥車間。用干燥機(jī)生成干燥空氣，不斷的輸進(jìn)干燥車間，置換車間內(nèi)的濕空氣。
消除電池內(nèi)部的水分：用真空烘烤來除水；烘烤結(jié)束后，首先要測(cè)試電池是否烘烤合格，這個(gè)測(cè)試儀器花了15萬塊錢。把電池在水分最低的注液房（濕度＜2%）用最短的時(shí)間內(nèi)完成注液，陳化，封口，阻止電池和空氣中的水分接觸；在沒封口之前，還要用膠帶封進(jìn)注液孔。
人體水分控制：這項(xiàng)措施，每天都在進(jìn)行著，戴口罩，穿防靜電服。這種保護(hù)是雙向的，保護(hù)了電池，也保護(hù)了我們不被灰塵侵?jǐn)_；在洗手間，配備自動(dòng)干手機(jī)，洗完手之后，吹干再回車間。
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