技术｜锂电生产车间污染的来源与控制
<p style="font-size: 18px; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 30px;"><span style="color: green;">锂电池的制造工艺复杂，工序繁多，生产环境的控制贯穿于整个电池制造过程，不同工序段对环境的要求各不相同，制造环境控制得好坏决定着制造质量、制造安全，且在很大程度上影响着电池的生产材料利用率与电池的使用性能。与此同时，电池制造过程中，不仅要控制外部环境对生产制造的影响，也要控制生产制造对外部环境的影响。因此加强对制造环境的控制是重要课题且不容忽视。</span></p>
<h1 style="text-align: left; margin-bottom: 10px;">水分除湿</h1>
<p style="font-size: 18px; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 30px;"><strong style="color: blue;"><span style="color: green;">除湿能力的大小和稳定性是控制生产环境露点的决定性因素</span></strong><span style="color: green;">，除湿机组长时间地良好运行对整个车间的湿度控制起着决定性因素。除湿机组在长时间工作后，对除湿机组的维护和保养也十分重要：满足生产期和待产期，都要根据实际的情况和设备保养手册，维护和保养好生产设备，也避免长时间加热工作，对机组的各个功能段（初效过滤、中效过滤、除湿段、表冷段和进出风口）进行清洁，机组操作人员应该根据实际要求设定适当的湿度，减少机组启、停机等，合理发挥除湿机最大的功效。</span></p>
<p style="font-size: 18px; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 30px;"><strong style="color: blue;"><span style="color: green;">除湿最关键的环节就是水分的控制</span></strong><span style="color: green;">，锂离子电池内部是一个较为复杂的化学体系，这些化学体系的反应过程及结果都与水分密切相关。而水分的失控或粗化控制会导致电池中的水分超标，不但导致电解液锂盐分解，而且对正负极材料的成膜和稳定性产生恶劣影响，导致锂离子电池的电化学特性如容量、内阻、产品特性都会产生明显的恶化。</span></p>
<p style="font-size: 18px; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 30px;"><strong style="color: blue;"><span style="color: green;">材料中的水分含量是电芯中水分的主要来源之一，而且环境湿度越大，电池材料越容易吸收空气中的水分</span></strong><span style="color: green;">。电池中的正负极活性物质大都是微米或纳米级颗粒，更易吸收空气中水分潮解。正极材料pH值大都偏大，特别是含Ni量高的三元材料，其比表面积偏大，材料表面上极易吸收水分并反应。电解液溶剂容易与极性水分子作用，隔膜纸是一种多孔性塑料薄膜，其吸水性也很大。由于水分一般不会与隔膜发生化学反应，通过烘烤也可以基本消除，因此，隔膜一般用烘烤控制水分。</span></p>
<p style="font-size: 18px; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 30px;"><strong style="color: blue;"><span style="color: green;">车间中的水分来源</span></strong><span style="color: green;">有以下几方面。</span></p>
<p style="font-size: 18px; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 30px;"><span style="color: green;">①</span><strong style="color: blue;"><span style="color: green;">空气中的水分</span></strong><span style="color: green;">，一般用相对湿度来衡量。在不同温度和天气，有很大差别，在夏天的雨天可以达到90%，冬天的雪天则为30%。</span></p>
<p style="font-size: 18px; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 30px;"><span style="color: green;">②</span><strong style="color: blue;"><span style="color: green;">人体产生的水分</span></strong><span style="color: green;">。</span></p>
<p style="font-size: 18px; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 30px;"><span style="color: green;">③</span><strong style="color: blue;"><span style="color: green;">物料所带的水分</span></strong><span style="color: green;">，如包装材料纸箱、纸巾和碎布之类清洁辅料含水量很高。</span></p>
<p style="font-size: 18px; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 30px;"><span style="color: green;">④</span><strong style="color: blue;"><span style="color: green;">设备设施产生的水分或渗水</span></strong><span style="color: green;">。</span></p>
<p style="font-size: 18px; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 30px;"><span style="color: green;">由于锂电池内部要严格控制水分含量，水分对锂电池的性能影响很大，包括电压、内阻、自放电等指标，水分含量过高会导致产品品质下降，甚至产品爆炸。因此在锂电池的多个生产工序中分别要对正负极片、电芯和电池进行多次真空烘烤，并控制环境露点，以尽可能去除其中的水分。</span><strong style="color: blue;"><span style="color: green;">生产车间环境控制的要求</span></strong><span style="color: green;">如下：</span></p>
<p style="font-size: 18px; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 30px;"><span style="color: green;">①相对湿度</span><strong style="color: blue;"><span style="color: green;">≤30%</span></strong><span style="color: green;">车间，如搅拌、涂布机头、机尾等。</span></p>
<p style="font-size: 18px; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 30px;"><span style="color: green;">②相对湿度</span><strong style="color: blue;"><span style="color: green;">≤20%</span></strong><span style="color: green;">车间，如辊压、制片、烘烤等。</span></p>
<p style="font-size: 18px; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 30px;"><span style="color: green;">③相对湿度</span><strong style="color: blue;"><span style="color: green;">≤10%</span></strong><span style="color: green;">车间，如叠片、卷绕、组装等。</span></p>
<p style="font-size: 18px; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 30px;"><span style="color: green;">④露点温度</span><strong style="color: blue;"><span style="color: green;">≤-45℃</span></strong><span style="color: green;">车间，如电芯烘烤、注液、封口等。</span></p>
<p style="font-size: 18px; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 30px;"><strong style="color: blue;"><span style="color: green;">即使按照以上湿度梯度控制，也需要控制工序的停留时间</span></strong><span style="color: green;">。生产过程中通过烘烤极片或电池，除去其中的水分；锂电专用烘箱在常压下加热一段时间后将电池或极片中的水分转化为水蒸气，水分蒸发后抽真空可以将水蒸气抽出；然后再充入氮气，保持干燥环境。实际的烘烤过程中根据不同的工艺以上三个步骤先后各不相同，一般要经过多次循环。烘烤的温度要适宜，如果烘烤温度过高，时间过长，会引起极片变脆、与集流体分离、隔膜收缩与闭孔等问题；如果烘烤温度过低，时间太短，真空度不达标，会导致极片水分过高，引起电芯容量降低、电芯鼓胀、内阻增高、循环变差等。</span></p>
<h1 style="text-align: left; margin-bottom: 10px;">洁净风管和围挡结构</h1>
<p style="font-size: 18px; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 30px;"><span style="color: green;">考虑到密封性，一般除湿机组回风管采用镀锌铁皮，送风管采用不锈钢风管，同时风管的安装非常重要：连接处要密封完好防止漏风，围挡结构的良好密封（一般采用打中性胶）也是保证除湿效果的前提。</span></p>
<h1 style="text-align: left; margin-bottom: 10px;">操作人员</h1>
<p style="font-size: 18px; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 30px;"><span style="color: green;">因为水分蒸发将直接影响生产车间空气含水率，所以凡是进入生产车间的人员必须穿着密封性良好的洁净服，也必须控制出入车间操作人员的数量和次数。</span></p>
<h1 style="text-align: left; margin-bottom: 10px;">外界自然环境</h1>
<p style="font-size: 18px; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 30px;"><span style="color: green;">外界自然环境引起的空气湿度和温度变化将直接增加除湿空调机组转轮段和表冷段的运行负荷，因此在必要的时候可以对新风（新鲜空气）进行预处理到一定值后再进入除湿机组内，以减少外界自然环境变化所带来的温湿度变化。</span></p>
<h1 style="text-align: left; margin-bottom: 10px;">生产车间管理</h1>
<p style="font-size: 18px; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 30px;"><span style="color: green;">尽量减少室内和室外的空气交换，也减少其他水分影响室内环境干燥度，稳定保持房间露点。在环境控制方式的选择方面也要考虑到节能减排、减小设备的占地尺寸以及降低直接成本和运行成本，再结合现场的实际情况统筹考虑，以兼顾二者之间的平衡。</span></p>
<h1 style="text-align: left; margin-bottom: 10px;">金属异物控制</h1>
<p style="font-size: 18px; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 30px;"><span style="color: green;">在生产车间，有着各种各样的粉尘、颗粒。诸如极片搬运产生的粉料灰尘，机器和夹具磨损的金属颗粒，盖板和铝壳组装时刮擦的金属屑，激光焊喷溅的金属屑，工人工鞋带进来的土尘等。此外，在产品制造过程中也极易产生粉尘，因为正负极片本身就是由些细小颗粒，通过黏结剂黏合在一起而黏附在铜铝箔片上的，而加工过程中的震动、摩擦会使其脱落。还有在焊接过程中，难免会产生一些金属颗粒的飞溅。这些粉尘碎屑通常黏附在极片、隔膜或者盖板上，进而在生产过程中进入电池内部，造成电池自放电、容量衰减甚至起火爆炸。因此，对于不可避免的颗粒脱落，要及时处理干净，充分保证产品不受摩擦，避免产品暴露在粉尘中。</span></p>
<p style="font-size: 18px; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 30px;"><span style="color: green;">金属异物会导致析锂刺穿隔膜，并引发自放电与热失控风险，因此生产中需要对粉尘与金属异物进行严格控制。防止金属异物混入的方法有：</span></p>
<p style="font-size: 18px; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 30px;"><span style="color: green;">①电极浆料用</span><strong style="color: blue;"><span style="color: green;">电磁除铁</span></strong><span style="color: green;">设备去除Fe等金属杂质。</span></p>
<p style="font-size: 18px; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 30px;"><span style="color: green;">②极片分切或模切工序用</span><strong style="color: blue;"><span style="color: green;">毛刷</span></strong><span style="color: green;">等扫除切割毛刺，极耳或涂层边缘</span><strong style="color: blue;"><span style="color: green;">贴胶带</span></strong><span style="color: green;">保护，对容易产生金属屑的工序（焊接）用</span><strong style="color: blue;"><span style="color: green;">集尘器</span></strong><span style="color: green;">吸附异物。</span></p>
<p style="font-size: 18px; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 30px;"><span style="color: green;">③操作人员在进入干燥室或洁净室前，应该洗手，并在烘干器上吹干，换上洁净工作服，把头发裹起来，如有风淋室，一定要通过风淋室进入洁净室；不得在洁净区域外穿洁净工作服；非工作及休息时间工作人员不得在干净室、洁净室内逗留确保室内最少人数。</span></p>
<p style="font-size: 18px; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 30px;"><span style="color: green;">④生产现场的5S和清扫活动也是现场异物管理非常重要的手段。</span></p>
<p style="font-size: 18px; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 30px;"><span style="color: green;">⑤通过K值检验检查出内部有异物导致自放电的不合格品。</span></p>
<p style="font-size: 18px; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 30px;"><span style="color: green;"><span style="color: green;">【每日分享一点知识，有益点赞收藏关注】</span></span></p>
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