锂电池生产过程中的环境管控

锂电池的性能好坏，设计决定了先天因素。而工艺制程则关系到后天因素。所以在锂电池的生产过程中，环境管控也是重要的一环。

那么锂电池中需要管控哪些环境因素呢？

主要包括温度、湿度、露点、洁净度、静电等几个方面

露点湿度管控原因：

保证产品质量

防止电解液变质：锂电池注液过程需在湿度小于 1% 的环境下进行，若水分过高，电解液会与水分反应生成微量有害气体，影响电解液质量，进而导致电池性能不良，如电池内阻增大、自放电率提高等。

确保 SEI 膜形成完整：在锂电池生产中，SEI 膜的形成对电池性能至关重要。若环境湿度过高，水分会干扰 SEI 膜的形成过程，使 SEI 膜形成不完整或不均匀，从而影响电池的循环寿命、充放电效率和安全性。

避免电池内部压力过大：水分与电解液中的成分反应会生成有害气体，使电池内部压力增大，引起电池受力变形，如手机电池鼓壳、电池高度超标、 电池防爆阀开裂等，严重时电池会爆裂，电解液喷溅，存在安全隐患

减少金属零件腐蚀：当电池内部水分过多时，电解液和水反应的产物可能会腐蚀电池内部的金属零件，导致电池漏液，使电池性能急速下降，还会腐蚀使用者的设备。

满足工艺要求

精确控制生产环境：锂电池生产的不同工序对环境湿度的要求不同，如正负极涂布车间、配料、制片、激光焊接间、装配间等，温度要求为 25℃±2，相对湿度 RH≤10%-30%；锂电池烘烤、负极涂布车间等，温度要求为 23±2，相对湿度≤1% 或 2%；注液车间（或者是手套箱）通常要求露点 Td≤-40℃。露点管控能够满足这些不同工序的严格湿度要求，确保生产工艺的顺利进。

温度管控原因：

a.反应速率影响：温度对锂电池生产中的化学反应速率有着显著的影响。例如，在电极材料的合成过程中，合适的温度能够保证化学反应按照预期的速率进行。如果温度过高，一些化学反应可能会过于剧烈，导致产物的性能不符合要求；而温度过低，则可能使反应速率过慢，影响生产效率。在电池的化成过程中，温度也会影响锂离子在电极材料中的嵌入和脱出速度。一般来说，化成温度通常控制在一定范围内，如 20 – 40℃，以确保电池能够正常激活。

b.材料性能改变：温度会改变电池材料的物理和化学性质。对于正负极材料，温度变化可能会影响其晶体结构。以钴酸锂（LiCoO₂）为例，过高的温度可能会导致其晶格结构发生变化，从而影响锂离子的传输通道，使电池的容量和循环寿命下降。另外，温度还会影响电解液的黏度。在低温环境下，电解液黏度增加，锂离子的迁移速度变慢，电池的内阻增大，导致电池在低温下的性能变差，如输出功率降低、充电困难等情况。

c.设备稳定性与精度：锂电池生产设备在不同的温度环境下，其稳定性和精度也会受到影响。例如，高精度的涂布设备，其涂布厚度的精度可能会因为温度变化而产生偏差。在温度波动较大的情况下，设备的机械部件可能会因为热胀冷缩而出现松动或变形，影响设备的正常运行。同时，温度过高可能会使电气设备的散热负担加重，容易引发故障。

洁净度管控原因

a.杂质对电池性能的影响：在锂电池生产中，微小的杂质颗粒可能会对电池性能产生严重的影响。在电极制备过程中，杂质颗粒混入电极材料中，可能会导致电极内部形成局部的导电通路异常。例如，在正极材料中，如果有金属杂质颗粒，可能会引发电池内部的微短路现象，使电池自放电率增加。在电解液中，如果存在杂质，可能会与电解液中的成分发生反应，改变电解液的性质，或者堵塞电池内部的离子传输通道，影响电池的充放电性能。

b.对 SEI 膜的破坏：洁净度差的环境中，杂质可能会破坏电池的 SEI 膜。当杂质颗粒吸附在电极表面时，在电池首次充放电过程中，可能会干扰 SEI 膜的正常形成，使 SEI 膜的质量下降。例如，灰尘颗粒可能会导致 SEI 膜出现孔洞或者薄弱区域，使得锂离子在传输过程中容易与电解液发生副反应，降低电池的循环寿命和安全性。

c.生产设备维护与寿命：高洁净度环境对于生产设备的维护和使用寿命也非常重要。杂质颗粒可能会进入设备的精密部件，如电机、轴承、阀门等，加速这些部件的磨损。例如，在涂布机的传动部件中，如果有灰尘等杂质进入，会增加部件之间的摩擦力，导致部件磨损加剧，缩短设备的维修周期和使用寿命。

静电管控原因

a.安全隐患：锂电池生产过程中，由于材料的摩擦和分离等操作，很容易产生静电。静电积累到一定程度可能会引发火花放电。在有可燃气体（如电池内部产生的氢气）或者易燃性电解液存在的环境中，静电放电可能会导致火灾或爆炸事故。例如，在注液工序中，电解液是易燃液体，当静电放电时，就有可能点燃电解液，引发严重的安全事故。

b.对电子元件的损坏：静电还可能对生产过程中的电子元件和电池组件造成损坏。在锂电池的制造车间，有许多高精度的电子测量仪器和控制设备。静电放电可能会干扰这些设备的正常运行，甚至损坏其内部的电子元件。对于电池组件，如极片、电池芯等，静电可能会导致其表面的电荷分布不均匀，影响电池的性能和质量。为了防止静电产生的危害，车间通常会采取防静电措施，如安装静电消除器、使用防静电地面材料和工作服等。

气体成分管控原因

a.防止与锂反应的气体：在锂电池生产环境中，需要避免一些能与锂发生反应的气体。锂是一种活泼金属，除了水之外，像氧气（O₂）、二氧化碳（CO₂）等气体也会与锂发生反应。例如，锂与氧气反应会生成氧化锂（Li₂O），与二氧化碳反应会生成碳酸锂（Li₂CO₃）。这些反应产物会在电池表面形成一层膜，阻碍锂离子的传输，并且会消耗锂，影响电池的性能。因此，生产环境需要尽量减少这些有害气体的浓度，通常会采用惰性气体（如氩气、氮气）来保护生产过程。

b.控制有机溶剂蒸汽浓度：在锂电池生产中，会使用一些有机溶剂，如 N – 甲基吡咯烷酮（NMP）用于电极材料的分散。这些有机溶剂在车间环境中会挥发形成蒸汽。如果有机溶剂蒸汽浓度过高，不仅会对操作人员的健康造成危害，还存在安全隐患。例如，当有机溶剂蒸汽达到一定浓度时，遇到火源就会发生燃烧或爆炸。因此，需要对车间内的有机溶剂蒸汽浓度进行监测和控制，通过通风系统等措施将其浓度控制在安全范围内。