鋰電池清潔度分析：正極材料中金屬異物的檢測(cè)與分析
為什么要做磷酸鐵鋰中金屬異物的檢測(cè)與分析
一、金屬異物對(duì)鋰電池安全的危害
磷酸鐵鋰正極材料具有熱穩(wěn)定性優(yōu)異、循環(huán)壽命好、電化學(xué)穩(wěn)定、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，成為動(dòng)力電池領(lǐng)域最理想的正極材料之一。但當(dāng)磷酸鐵鋰材料中引入金屬雜質(zhì)時(shí)，會(huì)對(duì)電池的壽命及安全性有嚴(yán)重?fù)p害。
常見的金屬異物包括：鐵，鎳，銅，鋅，鉻等。金屬異物在電池化成階段會(huì)先在正極氧化再到負(fù)極還原，當(dāng)負(fù)極處的金屬單質(zhì)累積到一定程度會(huì)形成枝晶，導(dǎo)致隔膜穿孔，造成電池內(nèi)部短路，提高電池的自放電率，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)痣姵仄鸹稹⒈ǎ绊戨姵氐陌踩阅堋?/span>
金屬異物累積造成隔膜穿孔過程示意圖
二、金屬異物來源以及如何管控
1.來自于燒結(jié)過程中原材料生成的雜質(zhì)
在磷酸鐵鋰（LiFePO）的合成過程中會(huì)伴隨生成少量的 γ-FeO、FeP、FeP 及 FePO 等雜質(zhì)，單質(zhì)鐵也會(huì)在還原性氣氛下在 500～700℃ 經(jīng) Fe 的還原而生成。這些雜質(zhì)的存在會(huì)降低材料的比容量和能量密度，雜質(zhì)鐵在電解液中溶解等副反應(yīng)會(huì)影響電池的使用壽命和安全性能。
2.來自于制造過程中產(chǎn)線和環(huán)境中的異物
生產(chǎn)線中金屬異物的來源主要有以下兩個(gè)方面：一是設(shè)備和物料直接接觸引入（直接引入）；二是空氣中的金屬飛散物進(jìn)入材料中引入（間接引入）。下面詳細(xì)分析一下兩種引入方式的區(qū)別：
a. 直接引入
正極材料生產(chǎn)線最主要的工序有：混合，焙燒以及粉碎，涉及到的設(shè)備主要有混合機(jī)，輥道窯以及粉碎機(jī)。一般而言，設(shè)備上有金屬部件直接與物料接觸的都有可能造成直接引入風(fēng)險(xiǎn)。其中，和物料有連續(xù)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部件產(chǎn)生磨損的可能性更大，為紅線區(qū)域，需要重點(diǎn)防護(hù)；和物料無連續(xù)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部件，也需要采取必要的防護(hù)措施。
b. 間接引入
間接引入的來源更加復(fù)雜，空氣中的飛散物有可能來自設(shè)備零部件磨損產(chǎn)生的碎屑，也有可能由外界環(huán)境引入，甚至有可能由人員引入，因此管控起來就更加困難。
正極材料生產(chǎn)線設(shè)計(jì)中對(duì)金屬異物的防護(hù)有幾項(xiàng)通用的規(guī)則：生產(chǎn)線所有設(shè)備與物料直接接觸的部分必須要求為非金屬材質(zhì)，或者在金屬基材表面進(jìn)行噴涂涂層進(jìn)行防護(hù)。
三、金屬異物如何檢測(cè)
那么，金屬異物到底該如何快速檢測(cè)呢？FASMEI全自動(dòng)鋰電清潔度分析系統(tǒng)采用高性能光學(xué)系統(tǒng)和高清圖像算法及自動(dòng)化操作軟件，可對(duì)鋰電原料中金屬雜質(zhì)顆粒（金屬異物）進(jìn)行快速識(shí)別、分析和分類統(tǒng)計(jì)，為客戶的研發(fā)以及生產(chǎn)提供快速、準(zhǔn)確和可靠的定量數(shù)據(jù)支持。其工作原理為：通過自動(dòng)偏振光一次掃描識(shí)別識(shí)別金屬顆粒，非金屬顆粒，纖維顆粒，并根據(jù)顆粒大小歸類，統(tǒng)計(jì)顆粒數(shù)量，自動(dòng)生成報(bào)告，速度比同類設(shè)備提升5倍，識(shí)別金屬顆粒準(zhǔn)確度提高30-50%。
FASMEI智能清潔度顆粒分析系統(tǒng)，不僅僅可以對(duì)鋰電池原材料中金屬異物顆粒檢測(cè)，也適用動(dòng)力電池正負(fù)極表面、隔膜表面、電解液，環(huán)境落塵，生產(chǎn)過程中金屬異物顆粒檢測(cè)。
如果需要進(jìn)一步判別顆粒屬性可選擇SEM+EDS，或者采用XRF熒光光譜儀。
