锂电池厂家深度总结：锂电池生产对工艺环境参数的要求

锂电池厂家深度总结：锂电池生产对工艺环境参数的要求。锂电池在生产过程中，有很多东西是必须严格控制的，主要有三：一是粉尘，二是金属颗粒，三是水分。接下来就带领大家分别说说这三种控制要点。

锂电池生产粉尘控制

之所以粉尘控制放在首位，这是由电池所使用的材料和其安全需求决定的。锂离子电池为了追求更高的能量密度和功率，在设计的时候，一般都会把所使用的隔膜纸的厚度降到尽量低的程度，在我们的电池中，所使用的隔膜的厚度为20μm，相当于头发直径的1/3的厚度，一根头发就可以刺穿隔膜纸好几层了（这也是为什么生产人员戴帽子把头发裹起来的原因），其厚度是相当薄的，如果粉尘的直径接近隔膜纸的厚度，那么，就容易导致电池的短路，在某些情况下，甚至导致电池起火爆炸。

安全，是这个世界上最重要的事情，离开安全而谈其他，都是空话。也许，我们已经了解过去的新闻，有很多电池在使用的过程中起火爆炸，甚至致人于死地。

电池起火爆炸的原因多种多样，普遍的还是粉尘和金属颗粒所引起的爆炸。它们都有一个共同的失效原因，那就是粉尘或者金属颗粒所导致的内部短路，进而引起电池的激烈内部放电和能量积累，进而到导致电池爆炸起火。爆炸起火所导致的经济损失是无法估量的，比如2006年的Sony，因为其笔记本电脑电池着火并导致汽车着火，进行全面召回，股票和利润大幅下跌，下降30%。

是的，对于锂电池而言，贯穿于整个制造的过程中，必须高度重视的就是安全性，谁都不能跨越这个坎。如果，那一排排的装在汽车座椅下面的电池它不安全，是不是一排排的雷管？是不是一排排的炸弹？当然，锂电池厂家们还不至于造炸弹，但如果不去控制的话，终究会被自己造出来的产品所伤害。锂电池厂家需要做好一件事，这些危言耸听的故事才会远远地离开我们。

控制粉尘。像洁癖一样控制粉尘，像对付敌人一样冷酷地对待粉尘，让其在电池的制造过程中消失！所谓千里之行，始于足下，当然，现在锂电池技术相对成熟，生产车间控制粉尘已经不在话下了。就比如诺信电子自主建立的无尘车间，以及严格的控制生产人员穿戴无尘服，就能很好有效的控制粉尘。

粉尘对电池性能的影响

在锂电池生产车间中，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，激光焊接时喷溅的金属屑，员工工鞋带进来的土尘，还有头发，碎屑等等。如果控制不当，这些粉尘、碎屑通常粘附在极片，隔膜或者盖板上，进而在生产过程中进入电池内部，会给锂电池造成很大的不良影响。

简单来说，会产生如下几个后果：

1、造成电池HSD（高自放电）。HSD，是指电池在不使用的情况下，电量也会损耗。当这个损耗在规定的情况下超过一定量之后，这只电池就被认为是B品或报废电池。HSD很严重的时候，充满电的电池，过不了多久，电量就会损耗殆尽，甚至使电池的电压变为0V。而生产的锂离子电池，任何情况下电压都是不能低于2.0V的，如果电压低于2.0V，电池就会出现不可逆转的化学反应，就失去了循环充放电的能力，电池也就报废了。对于客户而言，自放电所引起的结果就是，手机今天充电，明天就没电，电动车今天骑来公司的时候，还是满电的，下班的时候，就已经没有电了，汽车停在停车场半个月，重新启动时没有电了。这些，都是自放电电池在客户端的表现，它会让电池失去使用功能，而导致客户非常不满。

2、造成电池内部短路电池的能量，主要由卷芯提供，其中正极片，负极是能量的源头。化学电池有个规律，在电池外部是电子导电，电池内部则是离子导电。所以电池内的卷芯要用隔膜隔开正极片和负极片，使得离子在电解液中穿过隔膜，进行化学反应。如果电池内部正极片和负极片直接接触了，或者通过粉尘，碎屑导电，那电池内部就成了电子导电了，电池就内部短路了。如果电池内部短路了，那么电池就大量发热，那么随着电池的大量发热，进而可能出现起火爆炸。

3、造成电池起火爆炸。电池在满电的时候，内部突然短路，会立即释放出大量热量，致使电池迅速升温，电解液分解产生大量气体，电池内部压力急剧上升，进而发生电池爆炸的严重后果。爆炸会使电池零部件飞溅，容易伤人，也会使电解液着火，很容易引发火灾。粉尘，金属颗粒，隔膜纸破孔，极片的毛刺等容易使脆弱的隔膜纸刺破而导致重大的失效。在生产过程中，通过Hi-pot测试，高温老化来检测挑出HSD，短路的电池。但这种方法不能100%挑出所有缺陷电池。有些电池的内部的粉尘和颗粒，处于临界状态，在多次充放电后，或经过振动、高温等不合理使用时，这些危险后果才会显现。

除尘

生活的在北方的朋友可能都熟悉鸡毛掸子，这种除尘的方式有点自欺欺人，粉尘被你扫下来了以后，依旧会飘在整个空间，最终还是会落回物体表面，因此，在锂电池生产车间里，这种除尘方式是不被允许的，属于这种方式的有：用高压气体冲刷产品，用牙刷刷机器，用布拍打机器。

如果非得用这种方法，那么就要定向而且要和真空收集一起使用。湿布除尘湿布除尘，这种方式，锂电池厂家普遍使用，当然，这种方式依旧具有其局限性，因为产品怕水，所以，用湿布来除尘，当然就有可能把整个干燥间的湿度降低下来了，因而引起产品的不良。虽然DMC和酒精等同样可以用于清洗，但是DMC易于腐蚀塑料表面，而酒精也是产品所不能接触的东西，因此，在X %RH干燥间，DMC可以用于擦拭金属的零件，却不能用于擦拭塑料的零件。塑料零件可以用防静电液进行擦拭。但是，在1%RH的注液间中，就更只能用纯DMC了。

湿布除尘，需要有规则，擦拭零件或地面，永远是朝一个方向推进，有利于粉尘的集中，同一片湿布，不能多处使用，它会引起粉尘之间的交叉污染，最终引起产品的高自放电。所以，在擦拭零件时，一片碎布，擦一个零件。

真空吸尘，真空吸尘应该是锂电池厂家除尘方式的一种常态，它是最直接把粉尘收集然后带出车间的，不引起二次污染。吸尘的工具需要齐全，专用的吸尘器只能专用于某些领域，例如，用于吸锂电池负极粉尘的，就专用于吸负极粉尘，专用于锂电池正极粉尘的就专用于吸正极粉尘，用于吸地面的 ，就专用于吸地面。不交叉使用。对于真空吸尘而言，当真空越大，吸力也就越强，距离越近，吸力也越强，所以，在使用真空吸尘枪时在保证不损伤零件和产品的前提下，可以尽量靠近零件和产品，使其除尘更彻底。

胶布粘尘，对于一些旮旮旯旯之类的地方，很难用吸尘器或者湿布进行除尘，但却可以用胶布借助工具进行收集，然后包扎起来，使其不脱落于各个角落，因此，胶布除尘是值得推行的一种方法，没有二次污染，更能固化粉尘。当然，选择粘度适中的胶布很重要。除尘当然也有其顺序，一般遵循从上到下，从里到外，从左到右的方式，这样不会出现一些区域已经清理过后被2次污染。

锂电池生产水分控制

水分对锂离子电池影响巨大，主要会造成以下不良后果：

1、电解液变质，使电池生锈

锂电池的所用的电解液，是不能在水分过高的环境下使用的。电池注液的时候，必须要在小于2%湿度的环境下，并且注液后赶快封口，阻止电池内部和空气接触。如果水分过高，电解液和水分反应，生成微量有害气体，对注液房环境有不良影响；这也会影响电解液本身的质量，使得电池性能不良；还会使电池铆钉生锈。

2、电池内部压力过大

水分会和电解液中的一种成分反应，生成有害气体。当水分足够多时，电池内部的压力就变大，引起电池受力变形。主要表现为锂聚合物电池，鼓包、开裂，甚至出现电解液喷溅，电池碎片伤人等危险。

3、高内阻(High ACR)

锂电池在使用的时候，内阻小，就能进行大电流放电，电池的功率也就很高；如果内阻大，就不能进行大电流放电，电池的功率也就比较低。就比如手机电池，快没电的时候，可以收发短信，但不能打电话，一打电话就关机。这是因为打电话的时候，需要的功率大于收发短信所需。

4、高自放电(HSD)

自放电，是指锂电池在不使用的情况下，电量也会损耗。当这个损耗在规定的情况下超过一定量之后，这只电池就被认为是高自放电，成为B品或报废电池。

HSD很严重的时候，充满电的电池，过不了多久，电量就会损耗殆尽，甚至使的电池的电压变为0V。而生产的锂离子电池，任何情况下电压是不能低于2.0V的，如果电压低于2.0V，电池就会出现不可逆转的化学反应，就失去了循环充放电的能力，电池也就报废了。对于客户而言，自放电所引起的结果就是，手机今天充电，明天就没电，电动车今天骑来公司的时候还是满电的，下班的时候就已经没有电了，汽车停在停车场半个月，重新启动时没有电了。这些，都是自放电电池在客户端的表现，它会让电池失去使用功能，而导致客户非常不满。

5、低容量

电池内部水分过高，损耗了电解液的有效成分，也损耗了锂离子，使得锂离子在电池负极片发生不可逆转的化学反应。消耗了锂离子，电池的能量就减少了。充满电后本来可以使用1小时的锂电池，因为内部有水分，就只能使用50分钟了。

6、低循环寿命

如果水分超标，情况就不会这么乐观了。承诺给客户说可以使用5年，结果4年就充不进电、干不了活了，客户会答应吗，还会买你的电池吗？锂电池装进电动汽车，承诺可以使用10年，结果8年9年的时候，开不了几公里就没电了。如果你是用户，你会答应吗？

7、电池漏液

当电池内部的水分多的时候，电池内部的电解液和水反应，其产物将是气体和氢氟酸，氢氟酸是一中腐蚀性很强的酸，它可以使电池内部的金属零件腐蚀，进而使电池最终漏液。如果电池漏液，电池的性能将急速下降，而且电解液还会对使用者的机器进行腐蚀，终而引起更加危险的失效。

水分的来源

车间中的水分来源多种多样，一般来自于以下几方面：空气中的水分、人体出汗产生的水分、人体呼吸产生的水分；雨天，衣服淋湿之后，没有完全干燥进入车间；洗手后，手没有烘干进入车间。水分还来自纸箱等包装物，这些包装物的含水量很高，也是水分的来源之一，对于所使用的原材料，辅料，他们也是带有不同含量的水分的，譬如纸巾，譬如隔膜纸，譬如极片，他们都是吸水性非常强的物质，一旦水分被吸进去，就要花能量去把它除掉。

空气中的水分，一般用相对湿度来衡量。在不同温度和天气，有很大的差别，在夏天的雨天可以达到90%，冬天的雪天则30%左右，在夏天的晴天50%左右，冬天的晴天则20%左右。人呼吸的时候，距离鼻孔2厘米，湿度则达到85%。空气中水的含量，可以参见下表：

锂电池中的水分来源

车间中的水分控制，最终还是要用于控制电池中的水分。对于电池中的水分，它的来源就主要是来之于材料，当然也涉及环境。

正极片

正极片使用的是纳米材料，这种纳米材料具有很强的吸水性，很容易周围的空气中吸收水分。

负极片

负极片比正极片来说，吸水性相对低一点，当然，在没有控制湿度的环境下，其从环境空气中吸水数量也是相当可观的。

隔膜纸

隔膜纸也是一种多孔性的塑料薄膜，其吸水性也是很大的。

电解液

电解液是一种非常怕水的物质，它也非常容易吸水，会和水进行化学反应，直至所有的电解液物质反映完成，也就是说，它喝水的能力是永无止境，直至自己“死掉”。

其他金属零件

虽然金属零件本身对水分的吸收有限，但是，金属零件对水分却很怕，因为水分的存在会使其生锈或者腐蚀。材料中的水分含量是电池中水分的主要来源，环境湿度越大，电池材料越容易吸收水分。

在X%RH 组装车间

在这个车间，是电池材料吸水的主要场所，所有的重要原材料，正极片，负极片，隔膜纸，电池零件都暴露在这个车间一段时间，所以，他是电池材料吸水的主要场所，而且，停留时间越长，吸的水分就越多，因此，在这个车间，应该保证产品呆在这个车间的时间越短越好。

在X% RH welding 焊车间

激光焊车间也是30%的湿度，因为电池在这个阶段还没有封口，所以也需要控制电池在这个车间等待的时间，保证电池的水分含量足够小。

在车间走廊（约30～90%，随天气而变）车间走廊是没有控制湿度的，如果电池等待在这个区域，那么它的吸水性将是最大的，所以，要100%避免未封口的电池和材料暴露在此区域。下图是一卷点焊了极耳的正极片，完全干燥后，在(50～70)%的环境下的吸水图：

由图可见，经过一天，吸水量达到极片本身的0.3%，经过两天，水分达到0.5%，经过五天，水分达到0.7%；换算电池的话，则1只电池1天吸20滴水。因此电池转移经过车间走廊时，一定要迅速稳健。

在X % RH 烘烤间

这个车间，是非常重要的，之所以说重要是，因为电池吸收到的所有水分，都必须通过这个工序烘烤出来。如果烘烤不出来，那么，前面所有提到的问题都会在锂电池产品表现出来。烘烤后的电池必须在最短的时间内转进注液房，否则，电池将会吸水很严重。下面是烘干后的电池在烘烤房陈放时的吸水曲线：

这个图说明，烘烤后的电池，在30%的房间，仅仅由一个小小的注液孔透气，就会在15分钟吸水达到电池本身重量的0.003%，也就是0.006g，几乎是五分之一滴水。然后需要在过渡烘箱加烘至少4小时，才能再次烘干这15分钟的吸水量。

在2% RH注液

这个房间，是湿度应该最严格控制的房间，湿度应该控制在2%以下，温度控制在23±3℃以下。如果达不到这个要求，前面所有的控制都会失败，电池会重新吸收水分，电解液在注液过程中也会吸收水分。如果这里控制不好，前功尽弃。

因此电池转进注液房以后，要用胶带暂时封住注液孔，当注液的时候才能拿开，一次注液后陈化时，又要用胶带封住注液孔。等待注液的电池，还要存在真空箱内，抽真空以阻止空气中的水分。在这个1%的注液房，需要一个功率很大的除湿机来输送干空气。假如带1滴水(1滴水约为0.05g)进入注液房，就需要耗费5度电才能除掉这1滴水。在能源紧缺的今天，这是一个巨大的浪费。

目前的除水措施

消除环境水分：建立干燥车间。用干燥机生成干燥空气，不断的输进干燥车间，置换车间内的湿空气。

消除电池内部的水分：用真空烘烤来除水；烘烤结束后，首先要测试电池是否烘烤合格，这个测试仪器花了15万块钱。把电池在水分最低的注液房（湿度＜2%）用最短的时间内完成注液，陈化，封口，阻止电池和空气中的水分接触；在没封口之前，还要用胶带封进注液孔。

人体水分控制：这项措施，每天都在进行着，戴口罩，穿防静电服。这种保护是双向的，保护了电池，也保护了我们不被灰尘侵扰；在洗手间，配备自动干手机，洗完手之后，吹干再回车间。

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