隨著近年來電動汽車行業的快速發展，對鋰離子電池，特別是動力鋰離子電池的品質要求有了顯著提高，而對電池行性能有明顯影響的鋰電制程水分控制水平要求更加嚴格。本文從水分對鋰離子電池的影響以及制程中的處置來進行闡述。
鋰離子電池的安全性，尤其是其在高溫、過充、短路等條件下的安全性問題，已成為動力型鋰離子電池大規模應用時必須攻克的技術難題。不管高溫、過充、還是短路，其根本原因都是由于熱失控造成的安全事故。鋰電池隔膜起著重要作用，電池隔膜的性能又與陶瓷漿料固形物含量有著的關系。
鋰離子電池內部是一個較為復雜的化學體系，這些化學系統的反應過程及結果都與水分密切相關。而水分的失控或粗化控制，導致電池中水分的超標存在，不但能導致電解質鋰鹽的分解，而且對正負極材料的成膜和穩定性出現惡劣影響，導致鋰離子電池的電化學特性，諸如容量、內阻、產品特性都會出現較為明顯的惡化。
前面提到的膜，即固體電解質界面(Solid-Electrolyte Interface，簡稱SEI)膜，是一層選擇性透過膜，能使Li+自由透過，而電解液分子不能透過。電解液的組成和痕量的添加劑對SEI膜形成的電位、致密程度、電池不可逆容量損失、電池內阻等有顯著的影響。水作為電解液中一種痕量組分，對鋰離子電池SEI膜的形成和電池性能有一定的影響。主要表現為電池容量變小，放電時間變短，內阻增大，循環容量衰減，電池膨脹等現象，因此，在鋰離子電池的制作過程中，必須嚴格控制環境的濕度和正負極材料、電解液的含水量。
（a）是原始電極材料，（b）是一個循環后的電極材料。
電池首次放電容量隨電池中水分的增加而減小。在鋰源恒定的條件下，電池首次放電容量的變化主要由2個主要因素制約，如下：
① SEI膜的形成消耗部分Li+，造成不可逆容量損失，單電子還原過程生成的烷基碳酸鋰還可以與電解液中的痕量水發生反應，2ROCO2Li+H2O→Li2CO3+CO2+2ROH，當生成CO2后，在低電位下的負極表面，有新的化學反應發生2CO2+2Li++2e→Li2CO3+CO。
② SEI膜形成以后，在仍然有H2O存在的條件下，H2O會促使電解液中LiPF6的分解，使電池放電時間縮短，反應如下
隨著電池水分的增加，內阻呈上升的趨勢。產生電池內阻差異的主要因素有如下2個方面：
① SEI膜的差異導致電池內阻的差異。在電解液溶劑體系中，痕量的水能夠形成以Li2CO3為主、穩定性好、均勻致密的SEI膜，其內阻較小。
② 水分含量多于體系形成SEI膜的所需含量時，在SEI膜表面生成POF3和LiF沉淀，導致電池內阻增加。
電池容量衰減隨水分含量增加而逐漸減小。這與SEI膜的致密程度和均勻性有關。當SEI膜均勻致密時，電解液溶劑不易嵌入到負極中，占據Li+嵌入空位，因此容量衰減很少。與此相反，當SEI膜的局部不致密、不均勻時，Li+嵌入空位被電解液溶劑占據相對較容易。Li2C03是形成均勻致密SEI膜最主要的組分，電解液溶劑體系中，當水分含量過量時，會導致SEI膜的局部不致密、不均勻，因此容量衰減增加。
電池會膨脹主要是因為SEI膜生成后水的存在使LiPF6分解生成HF氣體。
先了解一下鋰電的生產過程：
水分來源基本上分為以下幾個來源：
a、空氣中的水分，一般用相對濕度來衡量。在不同溫度和天氣，有很大的差別，在夏天的雨天可以達到90%，冬天的雪天則30%左右，在夏天的晴天50%左右，冬天的晴天則20%左右。
b、人體產生的水分
人體出汗
呼出氣體含水 ，人呼吸的時候，距離鼻孔2cm，濕度達到85%
吸收后未擦干帶入車間
雨天淋濕后，將雨傘、雨衣等帶水的東西帶入車間
c、物料所帶的水分
包裝材料（特別紙箱）、紙巾和碎布之類清潔輔料含水量都很高
d、設備設施滲水
設備漏水，如激光焊接內循環水滲漏、空調漏水、除濕機漏水等
新廠房石灰墻和地板含水率高，水汽緩緩釋放
a、正負極材料
正負極活性物質大都是微米或納米級顆粒，極易吸收空氣中水分潮解。正極材料PH值大都偏大，特別是含Ni量高的三元或二元材料，其比表面積亦偏大，材料表面上極易吸收水分并反應。
b、電解液
電解液的溶劑結構中均存在電負性較大的羰基以及亞穩定的雙鍵，容易與極性H2O分子作用形成絡合體或反應生成相應的醇，而且溫度越高，反應越快。而且電解液的溶質鋰鹽也容易吸水并與水反應。
c、隔膜
隔膜紙也是一種多孔性的塑料薄膜，其吸水性也是很大的。由于水分一般不會與隔膜發生化學反應，通過烘烤也可以基本消除，因此，隔膜一般很少進行嚴格水分控制。
根據以上內容，材料中的水分含量是電芯中水分的主要來源之一，而且環境濕度越大，電池材料越容易吸收空氣中的水分。反之，環境濕度控制越好，電池材料吸收空氣中水分的能力越有限。目前有一種鋰電池生產車間的建議濕度控制階梯為（僅供參考，濕度控制根據各電池企業實際情況來進行操作）：
相對濕度≦30%車間（如攪拌、涂布機頭、機尾等）
相對濕度≦20%車間（如輥壓、制片、烘烤等）
相對濕度≦10%車間（如疊片、卷繞、裝配等）
露點溫度≦-45℃車間（如電芯烘烤、注液、封口等）
即使按照以上濕度梯度控制，也需要控制工序的停留時間。
在輥壓制片車間，雖然經此車間后電池仍需烘烤，但不這不是說烘烤前的極片可以隨便放置。在還未做到制片卷繞一體自動化的車間做相關實驗，極片（尤其是正極片）吸水后，長時間烘烤，仍然不能恢復到吸水前重量，極片材料內部會有頑固殘留。因此，在此車間，暴露時間最好也是要控制的，盡量不要結存或者有真空干燥氣氛緩存。
在電芯組裝（疊片/卷繞、極芯裝配等）車間:在此車間，所有的重要原材料，如：正極片、負極片、隔膜、電池結構件等都暴露在這個車間一段時間，所以，此段是電池材料吸水的主要場所，而且，停留時間越長，吸的水分就越多，因此，在這個車間，應該保證產品呆在這個車間的時間越短越好。
在激光焊車間（此指采用方形鋁殼的電芯，其他類型入軟包、圓柱等沒有此工序，但為說明情況，便以此種類型為例），在此車間，因為電池在這個階段還沒有封口，所以也需要控制電池在這個車間等待的時間，保證電池的水分含量足夠小。
在車間中轉走廊(約30～90%，隨天氣而變)，車間走廊一般是沒有控制濕度的，如果電池等待在這個區域，那么它的吸水成都將是最大的，所以，要100%避免未封口的電池和材料暴露在這個區域。
在烘烤房車間，濕度控制更為重要的，之所以說重要是，因為電池吸收到的所有水分，都必須通過這個工序烘烤出來。如果烘烤不出來，那么，前面所有提到的問題都會在產品表現出來。烘烤后的電池必須在最短的時間內轉進注液房，否則，電池將會吸水很嚴重
目前很多工廠在電芯烘烤后到注液車間采用人工操作中轉的模式，由于過程中采用人工操作中轉，極有可能會造成不同批次的人為的二次水分污染。如果需要嚴格控制水分的話，則全程都需要干燥房，能耗較大，企業投入成本大增；或者有些公司采用干燥中轉小車，但還是存在一些問題。而且人工周轉時間較長，不可控因素較多，同時也需要投入人力成本（現在的人力成本很貴的，不是過去的時候了）。
注液車間，做鋰電的人都深知，這是是濕度應該最嚴格控制的房間，露點要控制在-45℃以下，甚至更為干燥。如果達不到這個要求，前面所有的控制都會失敗，電池會重新吸收水分，電解液在注液過程中也會吸收水分，前功盡棄。
根據以上，在電芯烘烤之前的工序，能做到自動化最好，這樣能夠盡量縮短極芯在車間環境中的暴露時間，如實在不能做到自動化，還請盡量控制WIP及結存時間和結存環境，避免過程中吸入超標水分。而在注液車間，鋰電企業都已十分注意此處濕度露點的控制，就不必多說了。
重點在電芯烘烤到注液，這是很多廠家忽視或不想多投入的地方，從而導致水分的引入，使前序工序的工作大打折扣。
目前有一種方法可以避免人為周轉帶來水分引入的不可控，即隧道式真空干燥方式。
此方法一般分為三段，即如上圖所示的預熱段、真空干燥段以及降溫段，在預熱段和降溫段和外界有物料進出的區域，還會存在氮氣置換過程，避免外界水分的引入。預熱段是將電芯物料溫度提高到烘烤溫度，然后再進入真空干燥階段。在真空干燥階段要保持高溫度均勻度、高真空度及低露點的環境，確保電芯物料中的水分能夠充分揮發出來。
另外，這個過程的上下工序都為自動化銜接，實現動態真空作業，從而實現自動化、連續性、低能耗的大規模生產，這是之前人工周轉所不能達到的。
據了解，目前新能源行業的領頭羊比亞迪已經擁有十多條自動化真空干燥產線，取代傳統的注液前電芯烘烤方式。這也是值得鋰電行業的其他企業考慮跟進的一點。
烘干法又叫"加熱失重法"，采用物理分析方法測定水分含量值，利用加熱對水分揮發的影響，將物料中的水分烘干。傳統比較通用的水分測定方法是烘箱法，是將物料樣品放入烘箱烘干，利用電子天平對物料烘干前后分別進行稱重后，人工計算得出水分值…… 了解烘干法水分儀原理詳情
根據用戶的不同需求，我們可以提供以下解決方案：
鹵素水分儀、遠紅外暗場加熱水分儀
請根據您的使用需求選出適合您的儀器，也可直接聯系維科美拓客服進行咨詢。
卡爾費休法有滴定法（容量法）和庫侖法(電量法)兩種方法，是卡爾·費休(Karl Fischer)提出的測定水分的分析方法?？栙M休法是測定物質水分的各類化學方法中，對水最為專一、最為準確的方法?？栙M休法經過近年市場改進，提高了準確度，擴大了測量范圍，已被列為許多物質中水分測定的標準方法……了解卡爾費休水分儀原理詳情
根據用戶的不同需求，維科美拓可以為用戶提供以下解決方案：
卡爾費休微量水分測定儀（庫侖法）
卡爾費休水分儀（容量法）
請根據您的使用需求選出適合您的儀器，也可直接聯系維科美拓客服進行咨詢。
在線水分儀是指在生產過程中對產品水分進行連續監測并實時顯示的儀器，在醫藥行業主要以微波法和紅外法兩種方案為主，在線水分測定儀也屬于一種快速檢測水分的方案，與便攜式水分測定儀不同的是，它可以直接安裝在作業現場，對物料水分進行實時監控，企業可通過分析歷史數據去完善生產工藝，也可以通過水分預警功能進行現場水分超標的快速處理，助力企業生產穩定運行，在企業生產活動中占據十分重要的地位……了解在線水分儀原理詳情
根據用戶的不同需求，我們可以提供以下解決方案：
近紅外在線水分儀
微波在線水分儀
請根據您的使用需求選出適合您的儀器，也可直接聯系維科美拓客服進行咨詢。
露點測定采用的是阻容法，當傳感器與氣體充分接觸時，可以快速的顯示氣體的露點/濕度參數。露點儀可以安裝應用在生產線上進行實時監控，也可以便攜式攜帶至現場隨機監測，無需耗材，經濟方便。氣體露點濕度的檢測主要有兩方面應用，一是倉儲、運輸環節的環境氣體的水分檢測；二是生產設備及生產用氣的水分檢測，及時發現問題，以便采取有效的措施，降低這些氣體濕度的干擾及原材料或成品的含水率。
查看詳情
您近期瀏覽過的產品
