摘要

在锂离子电池制造过程中，确保严格控制粉尘、金属颗粒和水分是至关重要的。如果粉尘和金属颗粒无法得到有效控制，可能会导致电池内部发生短路、起火或燃烧等安全事故。同样地，如果无法有效控制水分，也会对电池性能造成重大危害，并可能引发严重的质量事故。

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水分对锂电池的危害

电池鼓胀和漏液：如果电池中含有过多的水分，它会与电解液中的锂盐发生化学反应生成氢氟酸（HF）。

氢氟酸是一种腐蚀性很强的酸，会对电池内部的金属零件、电池外壳和封口产生腐蚀作用，导致电池破裂并发生漏液。

氢氟酸还会破坏电池内部的固体电解质界面（SEI膜），与其主要成分发生反应，形成沉淀物LiF，进而消耗活性锂离子，导致电池容量下降。

电池内阻增大：增加水含量会导致电池SEI膜表面产生沉淀，破坏膜的致密性和均匀性，导致电池内阻逐渐增大，放电容量降低。

循环寿命缩短：水含量过大，破坏了电池的SEI膜，内阻逐渐升高，电池的放电容量越来越小，每次充满电后电池的使用时间也越来越短，电池能够正常使用的充放次数（循环）也自然就会变少，电池的使用时间（寿命）也就会缩短。

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锂电池生产过程中水分的来源

锂电池的生产工艺流程（图片来源网络）

原材料带入的水分：正、负极材料的微米、纳米级颗粒很容易吸收空气中的水分，特别是含有高镍（Ni）含量的三元或二元正极材料，由于其较大的比表面积，表面容易吸收水分并发生反应。

涂布后的极片如果储存在湿度较高的环境中，极片表面的涂层也会快速吸收空气中的水分。同样，电解液中的溶剂成分和溶质锂盐也易吸收水分并发生化学反应，因此电解液中会含有一定量的水分。

隔膜作为一种多孔性的塑料薄膜（通常采用PP/PE材料），其吸水性也很大。这些因素导致电池内部水含量增加，从而增大了电池的内阻。

极片制浆加入的水分：负极制浆时会加入水与原材料一起搅拌，然后进行涂布，所以负极片本身就含水。在后续的涂布过程中，虽然有加热烘干，但仍然有相当一部分水分吸附在极片的涂层内部。

车间环境中的水分：空气中的水分通常用相对湿度来衡量。不同季节和天气条件下，相对湿度会有很大的变化。春季和夏季的相对湿度较高（超过60%），而秋季和冬季的相对湿度较低（低于40%）。

人体产生的水分：人体出汗、呼出的口气以及洗手后的水分都会释放水分到车间环境中。

各种辅助材料和纸张带入的水分：车间中使用的辅助材料、纸箱、碎布、报表等也可能带入水分。

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锂电池生产过程中水分的控制

严格控制生产车间环境湿度：

电极生产车间匀浆搅拌，相对湿度不超过10%。

电极生产车间涂布（机头、机尾）和辊压的露点湿度不低于-10℃DP。

电极生产车间分切，相对湿度不超过10%。

叠片、卷绕和装配车间的露点湿度不低于-35℃DP。

电芯注液和封口车间的露点湿度不低于-45℃DP。

严格管控人体和外界水分进入车间：

进入干燥车间必须更换装备、戴帽、换鞋和戴口罩，禁止用裸手触摸极片和电芯。

严禁将纸箱带入干燥车间，干燥间内纸质张贴和标识牌必须塑封，干燥间禁止使用水拖地。

严格管控极片的存储和暴露时间：

辊压和分切后的极片必须在30分钟内放入低湿环境中存储（露点湿度不低于-35℃DP）。烘烤后未能及时制片和卷绕的极片必须抽真空存储（真空度不低于-95kPa）。

极片烘烤后，制片、卷绕、封装、注液和封口必须在72小时内完成（车间露点湿度不低于-35℃）。

极片的使用必须遵循先进先出原则，即使用较早批次的极片，先进行烘烤的极片先使用。

严格控制极片和隔膜的烘烤过程：

使用前，极片和隔膜必须进行烘烤后才能使用。

在制片和卷绕之前，极片和隔膜不能进行烘烤。在注液之前，电芯必须进行烘烤。

在极片或电芯烘烤过程中，必须严格监控烘箱的参数（温度、时间和真空度）。

烘箱的温度和真空度必须定期进行校验，以确保准确性。

水含量的测试和控制：

极片、隔膜（或电芯）和电解液必须进行水含量的测试，只有合格才能进行注液。

按照规定进行取样，并使用卡尔费休水分测试仪进行测量。

极片的水含量不超过200ppm（预控水含量不超过150 ppm）。隔膜的水含量不超过600ppm。电解液水含量不超过20ppm。

文章来源：伊斯特化学微视界

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