隨著新能源汽車的普及以及安全事故的頻頻曝光，汽車動(dòng)力電池的安全問題越來越受到關(guān)注。動(dòng)力電池內(nèi)部的雜質(zhì)、金屬顆粒等都有產(chǎn)生動(dòng)力電池內(nèi)部短路的可能，從而造成熱失控，發(fā)生安全事故。這就要求動(dòng)力電池單體生產(chǎn)中過程控制措施到位，保障單體質(zhì)量高、避免電池內(nèi)部雜質(zhì)混入。鋰電池生產(chǎn)對(duì)環(huán)境因素敏感，現(xiàn)場(chǎng)需要嚴(yán)格控制水分、金屬粉塵、溫度等。這里主要針對(duì)鋰電池生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的異物管理簡(jiǎn)單整理總結(jié)。
金屬異物對(duì)鋰電池的危害巨大。金屬粉塵混入電池特別容易造成電池內(nèi)部發(fā)生正負(fù)極短接，這種短路根據(jù)電阻大小又可以分為內(nèi)部短路和內(nèi)部微短路。內(nèi)部短路時(shí)，短路電阻小，電流較大，充放電過程中直接導(dǎo)致電池開路電壓異常，甚至短路放電釋放大量熱造成熱失控。而內(nèi)部微短路電流較小，電池在長(zhǎng)期儲(chǔ)存過程中發(fā)生自放電，電池日歷壽命短，儲(chǔ)存性能差。電池中，存在四種內(nèi)部短路類型，分別為：(1)銅箔-鋁箔短路；(2)銅箔-正極材料短路；(3)負(fù)極材料-鋁箔短路；(4)負(fù)極材料-正極材料短路。每種短路類型的性質(zhì)和熱過3程都不相同。
金屬異物造成電池內(nèi)部短路的基本原理有兩種過程，如圖1所示。尺寸較大的金屬顆粒直接刺穿隔膜，導(dǎo)致正負(fù)極之間短路，這是物理短路。另外，當(dāng)金屬異物混入正極后，充電之后正極電位升高，3V以上金屬發(fā)生溶解，通過電解液擴(kuò)散，然后負(fù)極電位1V以下溶解的金屬再在負(fù)極表面析出，最終刺穿隔膜，形成短路，這是化學(xué)溶解短路。電池工廠現(xiàn)場(chǎng)最常見的金屬異物有Fe、Cu、Zn、Al、Sn、SUS等。
圖1 金屬異物導(dǎo)致電池內(nèi)部短路的原理
面對(duì)如此復(fù)雜的金屬異物，制造現(xiàn)場(chǎng)常采取措施防止異物混入電池產(chǎn)品，圖2所示。如電極漿料用電磁除鐵設(shè)備去除Fe等金屬雜質(zhì)，極片分切或模切工序用毛刷等掃除切割毛刺，極耳或涂層邊緣貼膠帶保護(hù)，對(duì)容易產(chǎn)生金屬屑的工序(焊接)用集塵器吸附異物，等等。在檢查中，注液前電池通過耐電壓測(cè)試檢出內(nèi)部短路不合格品，老化電池通過壓降ΔV檢出不合格品。除此之外，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的5S和清掃活動(dòng)也是現(xiàn)場(chǎng)異物管理非常重要的手段。
圖2 金屬異物管理對(duì)策
生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)異物管理基本原則：
(1)不帶入： 緩沖區(qū)域設(shè)置風(fēng)淋 ，人、材料、設(shè)備進(jìn)入時(shí)去除粉塵異物，不將粉塵帶入現(xiàn)場(chǎng)。與生產(chǎn)無關(guān)的物品金屬夾具、工具、鉛筆等盡可能不帶入。
(2)不產(chǎn)生：內(nèi)部作業(yè)的人，加工的部品材料，設(shè)備等盡可能不產(chǎn)生灰塵，異物容易發(fā)生的區(qū)域禁止保管半成品，正極?負(fù)極?隔膜分開保存。機(jī)械滑動(dòng)、接觸部分用磁鐵消除金屬異物。
(3)不堆積：設(shè)備或環(huán)境產(chǎn)生的灰塵不落在、混入到、堆積在產(chǎn)品上。
(4)除去：及時(shí)清除由設(shè)備、環(huán)境產(chǎn)生的灰塵，禁止其附著、混入、堆積在產(chǎn)品上。
打掃除去粉塵污染是關(guān)鍵的，打掃不是消除污染，而是把污染轉(zhuǎn)移到不同的地方：污染->吸塵器，抹布，水，空氣等等 -> 處理，廢棄等。
打掃的一般流程(PDCA)：
P計(jì)劃:認(rèn)識(shí)、了解污染，按照污染的種類和性質(zhì)等等， 要決定 打掃方法。確定要達(dá)到的效果和目標(biāo)。
D實(shí)施:根據(jù)前面決定的打掃方法實(shí)施打掃。
C檢查:檢查實(shí)施結(jié)果，將其與制定的目標(biāo)對(duì)比。
A處理:處理，沒有達(dá)到效果，分析原因，再次制定計(jì)劃，提出措施和目標(biāo)。好的方法將其標(biāo)準(zhǔn)化。
因此，第一步我們需要認(rèn)識(shí)污染，污染有三個(gè)要素，分別是污染物、被污染物表面性質(zhì)、兩者結(jié)合狀態(tài)，如圖3所示。我們要搞清楚以下問題，認(rèn)識(shí)了污染之后，根據(jù)污染的特性，我們要選擇合適的打掃工具和打掃方法：
(1)污染物的種類是什么，塵土，頭發(fā)，污垢，污油，污水，材料，(焊接，切削)金屬碎屑等；污染的性質(zhì)是什么，化學(xué)成分，形態(tài)(氣體、液體、固體)，比重，大小，重量，形狀，親水性還是疏水性，發(fā)生源是什么？
(2)被污染物的表面性質(zhì)：種類(木板，磚，涂飾，設(shè)備)，化學(xué)成分，親水性還是疏水性，表面粗度，硬軟，形狀，要求的清潔度。
(3)結(jié)合狀態(tài)(界面狀態(tài))：化學(xué)結(jié)合，靜電吸附，范德華力，萬(wàn)有引力，等。
圖3 污染的三要素
電池生產(chǎn)制造現(xiàn)場(chǎng)對(duì)粉塵要求嚴(yán)格，一般電池都在潔凈環(huán)境內(nèi)生產(chǎn)，而人員、設(shè)備、材料等總是或多或少會(huì)帶入或產(chǎn)生粉塵，如何去除很關(guān)鍵。打掃衛(wèi)生也是一門技術(shù)，想掌握也需要培訓(xùn)！
會(huì)掃地的可能是高僧。在電池廠，你知道怎么打掃衛(wèi)生嗎？
作者：mikoWoo
