锂电电极CTQ控制点失效分析

锂电电极制造过程中的关键质量控制点(CTQ)以及一旦失效对电芯性能的影响。主要包括搅拌、涂布、干燥、辊压和分切等主要环节。

首先是搅拌环节

活性物质含量

这涉及到正负极中活性材料的比例是否符合要求。如果活性物含量不足，可能会降低电芯的容量和能量密度；而过高则可能增加副反应的风险，影响循环寿命。

粘结剂与导电剂比例

这两种添加剂对电极的结构稳定性和导电性能起着关键作用。粘结剂太少可能导致粉化，减少循环次数；太多则会填充活性材料的空间，降低容量。导电剂不足的话，电阻会上升，影响倍率性能和效率。

接下来是涂布环节

涂布厚度均匀性

这是指电极在涂布过程中材料分布是否一致。如果涂布不均匀，会导致电极局部厚薄不一，进而影响电池的一致性和充放电性能。比如，较厚的部分可能会导致局部电流密度增大，从而产生热点，加速老化。

涂层边缘整齐度

如果涂布边缘不整齐，可能会导致极耳或卷绕过程中出现短路，严重时引发电池故障，甚至引起热失控。

再者是干燥环节

残留溶剂含量

如果溶剂残留过多，在充放电过程中可能挥发并积聚气体，影响电池性能，严重时会导致气肿或鼓包。

干燥时间与温度控制

过快或过高可能会损伤极片结构；不彻底则残留的溶剂会影响后续工艺及性能稳定。

然后是辊压环节

压实密度

这是指电极材料被压缩的程度。密度不足会影响容量和能量密度；过高的密度可能会破坏颗粒结构，增加内阻，影响倍率性能。

辊压平整度

不平的电极会增加加工难度，并可能在后续步骤中导致尺寸不符，影响电池的一致性和寿命。

最后是分切环节

分切宽度公差

宽度不合适会导致卷绕困难，影响电芯的整体结构。偏差太大可能会在组装时引起短路或者容量不一致。

分切边缘毛刺

毛刺可能会刺穿隔膜，导致内部短路，从而引发电池发热、膨胀甚至爆炸。

每一步都有其独特的质量管控点，一旦这些点出现问题，就会对电芯性能产生负面影响。因此，在生产过程中需要严格监控每个CTQ项目，确保每一步都符合标准，从而保证锂电池的整体质量和可靠性。 

锂电池电极制造过程中的控制关键质量（CTQ）项目及其失效影响如下：

❶搅拌工艺

①涂布活性物质含量

管控指标：单位面积上的活性物质量必须符合设计值，允差通常在±2%以内。
失效影响：含量不足导致容量偏低，能量密度下降。过高则可能增加副反应风险，降低循环寿命。

❷涂布工艺

①涂布厚度均匀性

管控指标：涂布的厚度一致性，通常使用标准偏差来衡量。
失效影响：局部过厚区域容易导致锂离子浓度梯度不均，引发局部过充或析锂现象，损害循环性能。过薄区域可能无法提供足够的容量，影响整体电池的能量密度。

②涂层结构完整性

管控指标：涂层表面应平滑，无明显缺陷如针孔、气泡等。
失效影响：缺陷可能导致电解液渗透到活性物质层，造成短路或增加自放电率

③涂布边缘整齐度

管控指标：涂边要均匀一致，避免出现波浪形或不规则边缘。
失效影响：边缘不整可能导致极耳焊接不良或卷绕过程中产生短路风险。影响后续分切和辊压工艺的精确性。

❸干燥工艺

①残余溶剂含量

管控指标：干燥后极片中有机溶剂的残留量不超过规定值。
失效影响：残留溶剂在充放电过程中容易挥发，导致电池膨胀或鼓包。可能影响电极与集流体之间的粘结性能。

②干燥过程参数

管控指标：包括干燥温度、时间等工艺参数的控制。
失效影响：温度过高可能导致活性物质分解，降低电池性能。时间不足无法彻底去除溶剂，残留溶剂会对后续加工和电化学性能造成负面影响。

❹辊压工艺

①辊压密度

管控指标：压实后的电极材料密度，通常通过检测单面厚度变化来反映。
失效影响：密度过低导致活性物质利用率降低，电池容量不足。过高则可能破坏颗粒结构，导致较高的内阻和较差的循环稳定性。

②辊压平整度

管控指标：电极表面的平滑程度，通过粗糙度测量来评估。
失效影响：表面不平会影响后续分切的精度，可能导致尺寸偏差或短路问题。影响电池的一致性和内部结构稳定性。

❺分切工艺

①分切精确度

管控指标：极片宽度公差需严格控制在±0.2mm之内。
失效影响：宽度过宽导致电极超出设计范围，影响卷绕和封装效率。过窄可能导致容量不足或引起卷绕异常。

②分切边缘质量

管控指标：检查分切后边缘是否有明显的毛刺、掉粉现象。
失效影响：毛刺可能刺穿隔膜，导致内部短路，增加热失控风险。边缘不光滑会导致卷绕过程中极片偏移或断裂。

③分切后电极完整性

管控指标：确保分切后的电极无裂纹、破损等问题。
失效影响：裂纹和破损部位容易导致电解液渗透，引发自放电或早期容量衰减。

结论
锂电池电极制造过程中的CTQ项目直接影响着电池的关键性能指标。通过严格的监控和质量控制，可以有效避免这些关键点的失效，从而确保生产的电池具备高性能、高安全性和长寿命。