鋰電池清潔度分析：正極材料中金屬異物的檢測與分析
為什么要做磷酸鐵鋰中金屬異物的檢測與分析
一、金屬異物對鋰電池安全的危害
磷酸鐵鋰正極材料具有熱穩定性優異、循環壽命好、電化學穩定、環境友好等優點，成為動力電池領域最理想的正極材料之一。但當磷酸鐵鋰材料中引入金屬雜質時，會對電池的壽命及安全性有嚴重損害。
常見的金屬異物包括：鐵，鎳，銅，鋅，鉻等。金屬異物在電池化成階段會先在正極氧化再到負極還原，當負極處的金屬單質累積到一定程度會形成枝晶，導致隔膜穿孔，造成電池內部短路，提高電池的自放電率，嚴重時甚至會引起電池起火、爆炸，影響電池的安全性能。
金屬異物累積造成隔膜穿孔過程示意圖
二、金屬異物來源以及如何管控
1.來自于燒結過程中原材料生成的雜質
在磷酸鐵鋰（LiFePO）的合成過程中會伴隨生成少量的 γ-FeO、FeP、FeP 及 FePO 等雜質，單質鐵也會在還原性氣氛下在 500～700℃ 經 Fe 的還原而生成。這些雜質的存在會降低材料的比容量和能量密度，雜質鐵在電解液中溶解等副反應會影響電池的使用壽命和安全性能。
2.來自于制造過程中產線和環境中的異物
生產線中金屬異物的來源主要有以下兩個方面：一是設備和物料直接接觸引入（直接引入）；二是空氣中的金屬飛散物進入材料中引入（間接引入）。下面詳細分析一下兩種引入方式的區別：
a. 直接引入
正極材料生產線最主要的工序有：混合，焙燒以及粉碎，涉及到的設備主要有混合機，輥道窯以及粉碎機。一般而言，設備上有金屬部件直接與物料接觸的都有可能造成直接引入風險。其中，和物料有連續的相對運動的部件產生磨損的可能性更大，為紅線區域，需要重點防護；和物料無連續的相對運動的部件，也需要采取必要的防護措施。
b. 間接引入
間接引入的來源更加復雜，空氣中的飛散物有可能來自設備零部件磨損產生的碎屑，也有可能由外界環境引入，甚至有可能由人員引入，因此管控起來就更加困難。
正極材料生產線設計中對金屬異物的防護有幾項通用的規則：生產線所有設備與物料直接接觸的部分必須要求為非金屬材質，或者在金屬基材表面進行噴涂涂層進行防護。
三、金屬異物如何檢測
那么，金屬異物到底該如何快速檢測呢？FASMEI全自動鋰電清潔度分析系統采用高性能光學系統和高清圖像算法及自動化操作軟件，可對鋰電原料中金屬雜質顆粒（金屬異物）進行快速識別、分析和分類統計，為客戶的研發以及生產提供快速、準確和可靠的定量數據支持。其工作原理為：通過自動偏振光一次掃描識別識別金屬顆粒，非金屬顆粒，纖維顆粒，并根據顆粒大小歸類，統計顆粒數量，自動生成報告，速度比同類設備提升5倍，識別金屬顆粒準確度提高30-50%。
FASMEI智能清潔度顆粒分析系統，不僅僅可以對鋰電池原材料中金屬異物顆粒檢測，也適用動力電池正負極表面、隔膜表面、電解液，環境落塵，生產過程中金屬異物顆粒檢測。
如果需要進一步判別顆粒屬性可選擇SEM+EDS，或者采用XRF熒光光譜儀。
