产能经济
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刘 荣 天津力神电池股份有限公司
摘要：新能源汽车的迅速普及使得锂离子电池的安全问题得到了更广泛的关注。负极片的析锂是锂离子电池的重要安全隐患。石墨负极作为锂离子电池负极片的原材料，其质量水平严重影响着锂离子电池负极片的加工工艺和锂离子电池的安全问题。本文对石墨负极材料的纤维异物问题和纤维异物的来源、管理办法进进行了详细的分析，提供了管控方法，为优化锂离子电池的负极片加工工艺、提升锂离子电池的安全性能提供了保障。 关键词：锂离子电池；石墨负极；纤维异物；质量管理
中图分类号：TM912 文献识别码：A 文章编号：1001-828X(2018)019-0407-01
世界各国对新能源产业的高度关注和积极开发，使锂离子电
池成为重要产业之一。宝马、奔驰作为汽车行业的领头羊，都纷纷斥资几百亿布局锂离子动力汽车。负极材料占锂电池材料总成本的25%~28%[1]。石墨具有价格低廉、来源广泛、导电性好等优点，被广泛用于锂离子电池的负极材料[2]。在锂离子电池的充放电过程中，负极片主要接收来自正极的锂离子，一旦负极片的负极数量少于正极锂离子的数量，就会造成正极的锂离子在负极片上析出锂枝晶。锂枝晶有一定的棱角，很容易刺穿隔膜造成正负极片的接触，从而造成电池在短时间内的起火爆炸。所以，提升负极片的质量，保证负极片上的负极粉料的数量满足要求，是提升锂离子电池的安全性能的有力保障。
一、锂离子电池负极的质量问题及管理方法
石墨负极材料作为锂离子电池负极片的主要原材料，由于其加工工艺的粗犷，起步晚和行业特殊性，造成产品容易出现纤维异物、细粉等质量问题。下面逐个阐述这两个质量问题的影响因素、失效模式及管控方法。
１．细粉
石墨负极细粉比例的高低也严重影响电池厂的加工工艺。当石墨负极中的细粉高于一定比例时，生产出来的负极片的外观也会存在着很多小颗粒和划痕，造成负极片的报废。
石墨负极的细粉水平和石墨化及石墨化之前的工序密切相关，已经产生的细粉可以通过气流粉碎分级系统进行筛选。石墨化之后的粉料在气流设备中进行碰撞，经过碰撞的粉料变小，在一定的气流下，细粉被吹出设备，进入细粉集料装置，通过调节设备进出风的气流可以将不同粒径的石墨负极分选出来，将细粉集料装置中的粉料去除，即可得到细粉水平满足客户需求的石墨负极产品。
２．纤维异物
石墨负极粉料中的金属异物和其它肉眼明显可见的异物已经得到大家的普遍关注，负极制造行业也在制造过程的各个环节按照异物的特点，对它们进行了不同程度的管控。但是纤维异物作为一种容易被大家
忽略的异物，其对电池安全性能的影响越来越大。当纤维异物的数量达到一定程度或者在粉料中聚集时，会造成涂覆后的负极片外观有凹凸点，对凹凸点进行电镜(图1)和元素分析(图2)，证实了凹凸点的成分是纤维。将凹凸点在显微镜下观察，发现纤维异物占据了负极粉料的位置，造成这部分区域的负极涂覆量变少，从而造成电池充放电过程的析锂隐患，引起锂离子电池的爆炸。所以纤维异物的质量管控势在必行。
通过对各工序的粉料进行测试，发现每个工序使用的负极粉料包装袋是纤维异物的主要来源。由于石墨化的温度很高，可以使纤维进行碳化，碳化后的纤维通过振筛可以变成细渣，以粉末的形式存在于粉料中，不会对极片造成外观类的质量问题，所以，对纤维物的控制主要管理石墨化之后的工序。
石墨化之后的工序，在周转石墨负极时用到纤维材质的吨包袋，在运输和投料过程中会与设备进行摩擦，从而造成纤维物的脱落，纤维脱落后，很容易和石墨负极粉料一起流转到过筛工序，纤维在震动筛的筛网上随着粉料进行数个小时的震动后，纤维钻过筛
网的网孔洒落到粉料中。要控制纤维物的数量，首先对纤维材质的吨包袋进行异物的防护，在吨包袋中增加一层塑料袋的防护，或者将吨袋换成塑料桶。在投料口，增加一层大孔径的筛网，拦截大束的纤维绳，对投料设备的进口进行翻边处理，避免设备刮破吨袋，造成纤维问题。
图1 纤维异物SEM 图
图2 纤维异物的元素分析
二、石墨负极纤维异物的检测方法和判定标准
通过以上方法可以有效的控制纤维物的数量，但是如何测试每个批次的纤维的数量在什么水平？这里介绍一种水筛测纤维物的方法。取1000毫升的烧杯，倒入一定数量的酒精，然后加入100克负极粉料，搅拌均匀后，将混合液倒入200目的直径是10厘米的筛网上，用酒精将筛网上的残余物料冲洗干净，然后将筛网放在烘箱中烘烤10分钟，取出筛网后，在100倍的放大镜下观察筛网上的纤维数量。当纤维数量在2根以内时，可以满足动力电池的使用要求。
三、结语
本文对石墨负极材料的质量问题进行了详细说明，分析了纤维异物的来源，提供了纤维异物的测试办法和判定标准，为石墨负极制造业降低产品质量问题，优化锂离子电池的加工工艺、提升锂离子电池的安全性能提供了强有力的保障。
参考文献：
[1]李春晓.锂离子电池负极材料研究进展[J].新材料产业,2017(9):27-33.
[2]陈猛，肖斌，杨闯.锂离子电池负极材料石墨的改性方法[J].电池工业,2006(4):125-128.
[3]陆浩，刘柏男，等.锂离子负极材料产业化技术进展[J].储能科学与技术
,2016(5):109-119.
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