鋰電池清潔度分析：正極材料中金屬異物的檢測與分析
為什么要做磷酸鐵鋰中金屬異物的檢測與分析
一、金屬異物對鋰電池安全的危害
磷酸鐵鋰正極材料具有熱穩(wěn)定性優(yōu)異、循環(huán)壽命好、電化學穩(wěn)定、環(huán)境友好等優(yōu)點，成為動力電池領(lǐng)域最理想的正極材料之一。但當磷酸鐵鋰材料中引入金屬雜質(zhì)時，會對電池的壽命及安全性有嚴重損害。
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)累積到一定程度會形成枝晶，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，嚴重時甚至會引起電池起火、爆炸，影響電池的安全性能。
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）的合成過程中會伴隨生成少量的 γ-FeO、FeP、FeP 及 FePO 等雜質(zhì)，單質(zhì)鐵也會在還原性氣氛下在 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入材料中引入（間接引入）。下面詳細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，輥道窯以及粉碎機。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險。其中，和物料有連續(xù)的相對運動的部件產(chǎn)生磨損的可能性更大，為紅線區(qū)域，需要重點防護；和物料無連續(xù)的相對運動的部件，也需要采取必要的防護措施。
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)計中對金屬異物的防護有幾項通用的規(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行噴涂涂層進行防護。
三、金屬異物如何檢測
那么，金屬異物到底該如何快速檢測呢？FASMEI全自動鋰電清潔度分析系統(tǒng)采用高性能光學系統(tǒng)和高清圖像算法及自動化操作軟件，可對鋰電原料中金屬雜質(zhì)顆粒（金屬異物）進行快速識別、分析和分類統(tǒng)計，為客戶的研發(fā)以及生產(chǎn)提供快速、準確和可靠的定量數(shù)據(jù)支持。其工作原理為：通過自動偏振光一次掃描識別識別金屬顆粒，非金屬顆粒，纖維顆粒，并根據(jù)顆粒大小歸類，統(tǒng)計顆粒數(shù)量，自動生成報告，速度比同類設(shè)備提升5倍，識別金屬顆粒準確度提高30-50%。
FASMEI智能清潔度顆粒分析系統(tǒng)，不僅僅可以對鋰電池原材料中金屬異物顆粒檢測，也適用動力電池正負極表面、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。
如果需要進一步判別顆粒屬性可選擇SEM+EDS，或者采用XRF熒光光譜儀。
