目前有幾種對鋰離子電池性能有顯著影響的正極材料的失效形式，如水分超標、混入金屬異物、批次一致性差等，闡明了這些失效形式對電池性能造成的嚴重危害，以及從質(zhì)量管理角度對如何避免這些失效的發(fā)生進行了說明，為進一步預(yù)防質(zhì)量問題的發(fā)生、提高鋰離子電池的品質(zhì)作出有力保證。

正極材料是鋰離子電池的關(guān)鍵核心材料之一，其性能直接影響了鋰離子電池的各項性能指標，目前已經(jīng)市場化的鋰離子電池正極材料包括鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等產(chǎn)品。

相比于鋰離子電池的其他原材料，正極材料的品種更加多樣化，生產(chǎn)工藝也更加復(fù)雜，品質(zhì)失效的風險也就更大，因而對其質(zhì)量管理的要求也就更高。讓我們了解一下鋰離子電池正極材料常見的失效形式以及相應(yīng)的預(yù)防措施。

1 正極材料水分超標

正極材料大都是微米或納米級顆粒，極易吸收空氣中的水分，特別是 Ni含量高的三元材料。在制備正極漿料時，如果正極材料水分高，在進行漿料攪拌過程中NMP吸水后會造成 PVDF 溶解度降低，導(dǎo)致漿料凝膠成果凍狀，影響加工性能。制成電池后，其容量、內(nèi)阻、循環(huán)和倍率等都會受到影響，因此正極材料的水分與金屬異物一樣要作為重點管控項目。

產(chǎn)線設(shè)備自動化程度越高，粉料在空氣中暴露的時間越短，水分引入也就越少。推動材料供應(yīng)商提高設(shè)備自動化程度，如實現(xiàn)全程管道輸送，監(jiān)控管道露點，安裝機械手實現(xiàn)自動裝料、下料對防止水分引入貢獻巨大。但有些材料供應(yīng)商受限于廠房設(shè)計或是成本壓力，設(shè)備自動化程度不高、制造工序斷點較多時就要嚴格控制粉料暴露時間，中轉(zhuǎn)過程的粉料最好使用充氮氣的桶盛裝。

生產(chǎn)車間的溫濕度也是一項重點管控指標，理論上講露點越低越有利。大多數(shù)材料供應(yīng)商會重點關(guān)注燒結(jié)工序之后的水分控制，他們認為1000度左右的燒結(jié)溫度可以除去粉料中的大部分水分，只要嚴格控制燒結(jié)工序之后到包裝這個階段的水分引入，基本可以保證材料水分不超標。

當然這并不意味著燒結(jié)工序之前就不需要控制水分，因為如果前工序水分引入過多，燒結(jié)效率和材料的微觀形態(tài)都會受到影響。此外，包裝方式也是很重要的，大部分材料供應(yīng)商采用鋁塑袋抽真空的包裝方式，目前看來這種方式還是最經(jīng)濟有效的。

設(shè)計不同，吸水性也會有較大差異，比如包覆材料差異、比表面積差異等都會影響其吸水性。有些材料供應(yīng)商雖然在制造過程中防止了水分的引入，但材料本身卻具有易吸水的特性，制成極片后水分極難烘出，這就給電池制造商造成了麻煩。因此，在開發(fā)新材料時應(yīng)考慮到吸水性的問題，開發(fā)出普適性更高的材料，這對供需雙方都大有好處。

2 正極材料中混入金屬異物

當正極材料中存在鐵( Fe )、銅(Cu )、鉻(Cr )、鎳(Ni)、鋅(Zn)、銀(Ag)等金屬雜質(zhì)時，電池化成階段的電壓達到這些金屬元素的氧化還原電位后，這些金屬就會先在正極氧化再到負極還原，當負極處的金屬單質(zhì)累積到一定程度，其沉積金屬堅硬的棱角就會刺穿隔膜，造成電池自放電。

自放電對鋰離子電池會造成致命的影響，因而從源頭上防止金屬異物的引入就顯得格外重要。

正極材料生產(chǎn)工序較多，制造過程中的每一個環(huán)節(jié)都會有金屬異物引入的風險，這就對材料供應(yīng)商的設(shè)備自動化程度及現(xiàn)場質(zhì)量管理水平提出了更高要求。但材料供應(yīng)商往往由于成本限制，其設(shè)備自動化程度較低，生產(chǎn)制造工序斷點較多，不可控的風險增加。

因此，電池制造商為了保證電池性能穩(wěn)定，預(yù)防自放電發(fā)生，必須推動材料供應(yīng)商從人、機、料、法、環(huán)五大方面防止金屬異物引入。

首先從人員管控開始，應(yīng)禁止員工攜帶金屬異物進入車間，禁止佩戴首飾，進入車間應(yīng)著工作服、工作鞋，戴手套，避免接觸金屬異物后再接觸粉料。要建立監(jiān)督檢查機制，培養(yǎng)員工的質(zhì)量意識，使其自覺遵守并維護車間環(huán)境。

生產(chǎn)設(shè)備是異物引入的主要環(huán)節(jié)，比如跟物料接觸的設(shè)備部件和工具出現(xiàn)生銹、固有材質(zhì)磨損等現(xiàn)象;未直接跟物料接觸的設(shè)備部件和工具，粉塵粘附后因車間氣流作用漂浮到物料中。根據(jù)影響程度，可采取不同的處理方式，如刷漆、更換為非金屬材質(zhì)涂層(塑料、陶瓷類)、裸露金屬部件進行包裹等。管理者還應(yīng)制定相應(yīng)的規(guī)章制度，對如何管理金屬異物進行明確規(guī)定，制定點檢表，要求員工定期檢查，防患于未然。

原材料是正極材料中金屬異物的直接來源，應(yīng)對購買的原材料進行金屬異物含量的規(guī)定，入廠后應(yīng)嚴格檢驗，保證其含量在規(guī)定的范圍內(nèi)。如果原材料的金屬異物含量超標，后續(xù)工序很難將其除去。

為了除去金屬異物，電磁除鐵已成為生產(chǎn)正極材料的必經(jīng)工序，電磁除鐵機被普遍使用，但該設(shè)備對非磁性金屬物質(zhì)如銅、鋅等不起作用，因此車間應(yīng)避免銅、鋅部件的使用，如必須要用到也盡量不要與粉料直接接觸或裸露在空氣中。此外，電磁除鐵機的安裝位置、安裝個數(shù)、參數(shù)設(shè)置等對除鐵效果也有一定影響。

為了保證車間環(huán)境，實現(xiàn)車間正壓，建立雙重門、風淋門避免外界粉塵流入車間污染物料也是很必要的措施，同時車間設(shè)備、鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)避免生銹，地面也要進行刷漆并定期除磁。

3 正極材料批次一致性差

對于電池制造商而言，正極材料批次間差異越小、一致性越好，成品電池的性能才能越穩(wěn)定。大家都知道磷酸鐵鋰正極材料的一個最主要缺點就是批次穩(wěn)定性差，在制漿時往往由于批次波動大，每批次漿料的粘度和固含量都不穩(wěn)定，這就給使用者帶來了麻煩，需要不停地調(diào)整工藝去適應(yīng)。

提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化程度是提高磷酸鐵鋰材料批次穩(wěn)定性的主要手段，然而，目前國內(nèi)磷酸鐵鋰材料供應(yīng)商的設(shè)備自動化程度普遍較低，技術(shù)水平和質(zhì)量管理能力不高，提供的材料存在不同程度的批次不穩(wěn)定問題。站在使用者的角度，如果批次差異不能消除，我們希望一個批次的重量越大越好，當然前提是同一個批次的材料均勻穩(wěn)定。

所以為了達到這一要求，鐵鋰材料供應(yīng)商往往在制成成品后增加一步混合工序，即將幾個批次的材料進行均勻混合，混合釜的容積越大所盛裝的材料就越多，混合出的一個批次的量也就越大。

鐵鋰材料的粒徑、比表面積、水分、pH值等指標都會影響到制成漿料的粘度，但往往這些指標都已嚴格控制在一定范圍內(nèi)，可仍然會出現(xiàn)批次漿料粘度差異大的情況，為了防止批量使用時出現(xiàn)異常，往往在投入使用前模擬生產(chǎn)配方提前制備一些漿料測試粘度，符合要求后再投入使用，但電池制造商如果每次投產(chǎn)前都進行測試會大大降低生產(chǎn)效率，所以便把這項工作前置到材料供應(yīng)商處，要求材料供應(yīng)商完成測試符合要求后再發(fā)貨。

當然隨著技術(shù)的進步，材料供應(yīng)商制程能力的提升，物性指標的散布越來越小，發(fā)貨前測試粘度這一步驟就可以省去了。除了以上提到的改善一致性的措施外，我們還應(yīng)運用質(zhì)量工具最大程度的削弱這種批次不穩(wěn)定性，預(yù)防質(zhì)量問題的發(fā)生。主要從以下幾個方面著手。

(1)作業(yè)規(guī)程的建立。

產(chǎn)品的固有質(zhì)量是設(shè)計出來的、更是制造出來的。因此，操作者如何操作對于控制產(chǎn)品質(zhì)量尤為重要，應(yīng)建立詳細具體的作業(yè)標準。

(2)CTQ的識別。

對影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵指標和關(guān)鍵工序加以識別，對這些關(guān)鍵的管控指標應(yīng)做特別的監(jiān)控，并制定相應(yīng)的應(yīng)急反應(yīng)措施。正磷酸鐵路線是當前制備磷酸鐵鋰的主流，其工序包括配料、球磨、燒結(jié)、粉碎、包裝等，其球磨工序應(yīng)作為關(guān)鍵工序進行管理，因為球磨后一次粒子粒徑的一致性如果控制不好，成品的粒徑一致性就會受影響，進而會影響到材料的批次一致性。

(3) SPC的使用。

對關(guān)鍵過程的關(guān)鍵特性參數(shù)進行SPC時時監(jiān)控，對異常點進行剖析，找出導(dǎo)致不穩(wěn)定的原因、采取有效的糾正措施和預(yù)防措施，避免不良品流向客戶端。