锂电池生产中,浆料混入铁粉杂质是常见隐形不良源,铁粉会破坏电芯内部体系,直接造成电池鼓包、内部短路、循环跳水、自放电变大等一系列失效问题。本文讲解铁粉杂质危害机理、故障表现,以及浆料除铁解决方案,帮助锂电生产企业规避杂质带来的批量报废损失。
锂电池浆料是锂电池极片制造的核心,正极、负极浆料对金属磁性杂质管控极其严苛。很多锂电工厂遇到电芯批量鼓包、微短路、循环寿命快速衰减,排查设备、配方、工艺都找不到根源,才发现问题来自浆料内部混入的铁粉杂质。
1、铁粉杂质如何造成电池鼓包
电池浆料里的细微铁粉,在电芯化成充放电过程中,会发生电化学腐蚀,和电解液发生副反应。反应过程持续产生大量气体,气体封闭在密封电芯内部无法排出,随着循环次数增加,气体不断累积,外壳受到内部气压挤压,就出现肉眼可见的电池鼓包。轻微鼓包影响装配,严重鼓包直接电芯报废,还存在安全隐患。
2、铁粉造成内部短路、微短路原理
铁粉属于导电磁性金属颗粒。浆料涂布到极片后,铁粉留在极片涂层上。在电池充放电时,铁粉会溶解析出金属锂枝晶,枝晶持续生长,会穿透隔膜,直接连通正极与负极,造成微短路甚至硬短路。微短路不会立刻起火爆炸,但电池会持续漏电;严重短路瞬间大电流,带来热失控风险。很多工厂出现电芯静置自放电大、电压掉得快,大多就是铁粉带来的微短路。
3、铁粉导致电池性能持续衰减
①金属铁离子溶解在电解液中,会在正负极来回迁移,不断破坏 SEI 膜,SEI 膜反复生成会消耗电解液与活性锂,造成电池容量快速跳水;②杂质持续副反应增大电芯内阻,充放电发热加剧,循环寿命快速下降;③电池倍率、一致性变差,同批次电池差异拉大,PACK 整组使用时短板效应明显。
4、铁粉从哪里进入电池浆料?
1. 搅拌釜、输送管道、螺杆泵磨损脱落铁屑;2. 原材料粉体(正极材料、导电剂、溶剂)自带铁粉杂质;3. 设备配件磨损、螺丝碎屑、环境带入铁质颗粒。
5、解决思路
锂电池浆料必须配置高性能除铁器,在浆料输送环节过滤去除微细铁粉、铁屑杂质,从源头拦截金属杂质,降低鼓包、短路不良率,提升电芯良率。