正极材料水分管控
锂离子电池正极材料 水分含量的测定 卡尔费休库伦法-最新国标
锂离子电池正极材料水分含量的测定卡尔费休库伦法1范围本文件规定了卡尔费休库伦法测定锂离子电池正极材料中水分含量的方法。
本文件适用于水分含量在0.001%～1.0%的锂离子电池正极材料，包括钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂。
注：本方法是一种非常敏感的方法，应尽可能排除样品接触水，包括与周围环境的接触。
2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T8170数值修约规则与极限数值的表示和判定3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。
3.1露点温度Dew Point Temperature气体中水的蒸气压等于某温度下水的饱和蒸气压，该温度即露点温度。
气体中水分含量以露点温度表示。
4方法原理样品在加热炉中加热，使样品中的水分蒸发为水蒸气，被干燥的载气带入卡尔费休水分仪的滴定杯中进行测定。
在测定水分含量时，样品中的水分与存在于低醇溶液（如甲醇）和有机碱（RN）中的碘和二氧化硫进行化学反应，反应方程式如下：H2O+I2+SO2+CH3OH+3RN→[RHN]SO4CH3+2[RHN]I 卡尔费休库伦滴定法中，碘离子（I-）通过电化学反应产生碘（I2），产生的碘与样品中的水反应，按照上述反应式进行滴定，直至所有的水反应完全。
按照下列反应通过测定I-生成I2需要的电量来计算样品中的水分含量。
2I-→I2+2e-根据法拉第定律，产生碘的物质的量与消耗的电量成正比。
在上述方程中，I2和H2O反应比例为1:1，即1mol（18g）水相当于2×96500C电量，或1mg水相当于10.72C电量。
5试剂和材料5.1水分标准物质：市售的（1.00±0.05）mg/g或（0.10±0.01）mg/g（可溯源）。
5.2卡尔费休试剂：市售的卡尔费休试剂。
水分控制及要求
水分控制及要求目前生产的电芯，拆解电池后发现电池钢壳壁及电芯外圈铜箔发黑，经分析原因为内部水含量超标，严重影响产品质量。
制定本方案目的对制程中的水分含量及转序时间、转序过程加以控制。
临时处理措施：制程中水含量控制：1.涂布（失重法）a.正极双面涂布取样后（同一小片）失重小于千分之1.0.b.负极双面涂布取样后（同一小片）失重小于千分之1.2.c.取样频率：每次双面换卷料后测量面密度的极片。
d.涂布后将极片放置在周转车转移至辊压工序，当天未完成辊压工序的极片放置在烤箱内或充有氮气的干燥箱内，在无烤箱与干燥箱的情况下用保鲜膜将极片密封保存.异常处理方法：双面涂布水含量超标，重新将极片过涂布机烤箱烘烤至合格范围后将极片转交至辊压工序。
2.小片烘烤（失重法）a.正极小片烘烤2H抽检5PCS/箱（同一小片）失重小于千分之0.6.b.负极小片烘烤4H抽检5PCS/箱（同一小片）失重小于千分之1.0.c.正负极小片烘烤过程中每一小时置换一次氮气。
d.烘烤后的极片降温、真空保存.温度：45℃真空度＜-90Kpa.异常处理方法：烘烤后水含量超标，延长极片烘烤时间2-4H.水含量测试合格后转交至下一工序。
负极小片烘烤后烘箱内门及四周有水珠需将水珠擦拭干净将极片延长烘烤时间2-4H.3.注液前电芯烘烤（失重法）a.电芯烘烤过程中每2H置换一次氮气。
b.电芯烘烤后抽2PCS/箱测试水分含量：正极极片失重小于千分之0.4.负极极片失重小于千分之0.6.c.烘烤后电芯45度真空、保存。
真空度＜-90kpa.保存时间超过24H的电芯注液前烘烤6-10H.异常处理方法：电芯烘烤后水含量超标，延长电芯烘烤时间4-8H ,水含量测试合格后方可转交至注液工序.工序制程、转交控制：1.搅拌-涂布：a.浆料制成后用保鲜膜密封保存,保存时间＜4H。
涂布过程每次取出浆料后将料桶用保鲜膜及时密封.b.严格控制正极涂布车间温湿度。
温度10-28℃；相对湿度＜45%RH.2.涂布-辊压a.完成涂布的正负极极片转交过程用保鲜膜密封转交至辊压车间或烤箱。
谈一谈锂离子电池正极材料常见的失效形式以及相应的预防措施
谈一谈锂离子电池正极材料常见的失效形式以及相应的预防措施摘要：锂离子电池的性能与正极材料的质量息息相关，该文介绍了几种对锂离子电池性能有显著影响的正极材料的失效形式，如混入金属异物、水分超标、批次一致性差等，阐明了这些失效形式对电池性能造成的严重危害，以及从质量管理角度对如何避免这些失效的发生进行了说明，为进一步预防质量问题的发生、提高锂离子电池的品质作出有力保证。
众所周知，正极材料是锂离子电池的关键核心材料之一，其性能直接影响了锂离子电池的各项性能指标，目前已经市场化的锂离子电池正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料等产品[1] 。
相比于锂离子电池的其他原材料，正极材料的品种更加多样化，生产工艺也更加复杂，品质失效的风险也就更大，因而对其质量管理的要求也就更高。
该文从材料使用者的角度谈一谈锂离子电池正极材料常见的失效形式以及相应的预防措施。
1 正极材料中混入金属异物当正极材料中存在铁（Fe ）、铜（Cu ）、铬（Cr ）、镍（Ni）、锌（Zn）、银（Ag）等金属杂质时，电池化成阶段的电压达到这些金属元素的氧化还原电位后，这些金属就会先在正极氧化再到负极还原，当负极处的金属单质累积到一定程度，其沉积金属坚硬的棱角就会刺穿隔膜，造成电池自放电[ 2 ] 。
自放电对锂离子电池会造成致命的影响，因而从源头上防止金属异物的引入就显得格外重要。
正极材料生产工序较多，制造过程中的每一个环节都会有金属异物引入的风险，这就对材料供应商的设备自动化程度及现场质量管理水平提出了更高要求。
但材料供应商往往由于成本限制，其设备自动化程度较低，生产制造工序断点较多，不可控的风险增加。
因此，电池制造商为了保证电池性能稳定，预防自放电发生，必须推动材料供应商从人、机、料、法、环五大方面防止金属异物引入。
首先从人员管控开始，应禁止员工携带金属异物进入车间，禁止佩戴首饰，进入车间应着工作服、工作鞋，戴手套，避免接触金属异物后再接触粉料。
水分对锂离子电池的影响及电池材料水分检测仪工作原理
水分对锂离子电池的影响及电池材料水分检测仪工作原理前言：随着这两年电动汽车行业的快速发展，对锂离子电池，特别是动力锂离子电池的品质要求有了显著提高，而对电池行性能有明显影响的锂电制程水分控制水平要求更加严格。
本文从水分对锂离子电池的影响以及制程中的处置来进行阐述。
一、水分对锂离子电池的影响锂离子电池内部是一个较为复杂的化学体系，这些化学系统的反应过程及结果都与水分密切相关。
而水分的失控或粗化控制，导致电池中水分的超标存在，不但能导致电解质锂盐的分解，而且对正负极材料的成膜和稳定性产生恶劣影响，导致锂离子电池的电化学特性，诸如容量、内阻、产品特性都会产生较为明显的恶化。
前面提到的膜，即固体电解质界面(Solid-Electrolyte Interface，简称SEI)膜，是一层选择性透过膜，能使Li+自由透过，而电解液分子不能透过。
电解液的组成和痕量的添加剂对SEI膜形成的电位、致密程度、电池不可逆容量损失、电池内阻等有显著的影响。
水作为电解液中一种痕量组分，对锂离子电池SEI膜的形成和电池性能有一定的影响。
主要表现为电池容量变小，放电时间变短，内阻增大，循环容量衰减，电池膨胀等现象，因此，在锂离子电池的制作过程中，必须严格控制环境的湿度和正负极材料、电解液的含水量。
说到SEI膜，可能行业外朋友还是没有直观的印象SEI膜到底是什么？请看上图两张SEM图片的对比，应该会有一个直观感觉，其中（a）是原始电极材料，（b）是一个循环后的电极材料。
看出差别来了吗？A、水分对放电容量的影响电池首次放电容量随电池中水分的增加而减小。
在锂源恒定的条件下，电池首次放电容量的变化主要由2个主要因素制约，如下：①SEI膜的形成消耗部分Li+，造成不可逆容量损失，单电子还原过程生成的烷基碳酸锂还可以与电解液中的痕量水发生反应，2ROCO2Li+H2O→Li2CO3+CO2+2ROH，当生成CO2后，在低电位下的负极表面，有新的化学反应发生2CO2+2Li++2e→Li2CO3+CO。
水分对磷酸铁锂的影响
参考文献水分对磷酸铁锂的影响深圳市博德能科技有限公司许兰兰译金旭东校摘要：为了研究水对碳包覆LiFePO4的影响，我们进行了化学分析，结构分析（X射线衍射分析，扫描电镜，透射电镜），光谱分析（红外光谱，拉曼光谱）和磁测量分析。
将磷酸铁锂浸泡在水中，部分样品会漂浮在水面，而大部分会沉降。
我们对漂浮部分和沉降的部分都进行了分析，发现漂浮的部分与沉降部分的区别只是碳含量不同。
磷酸铁锂浸泡在水中，几分钟内无碳包覆的颗粒会与水迅速反应，但是无论是水热反应还是固相反应合成法生产的磷酸铁锂，碳包覆层都不能阻止水分的渗透，渗透了水的碳层就不能保护内层的LiFePO4，但水分子对LiFePO4的化学侵蚀仅限于粒子表层（几纳米厚）。
如果磷酸铁锂颗粒仅仅是接触到潮湿的空气，碳包覆层对粒子的保护则更有效。
在这种情况下，Li有亲水性，在一段时间内（几周）磷酸铁锂接触潮湿的空气后表层锂也会与水发生锂化反应；但是如果将该吸水的样品干燥后，其电化学性能可以恢复。
1. 介绍LiFePO4作为锂电池正极材料10年前就有报道[1] 。
由于该材料的电导率低，曾引起广泛的研究和讨论[2] 。
将LiFePO4外包覆一层碳就能[ 3-5 ]解决电导率的问题，现在LiFePO4电池已经商品化了，该材料和含钴化合物相比有很多的优点[1,4,5] ，如环保，安全等。
过去，不含杂质的LiFePO4妨碍了磷酸铁锂电化学性能的发挥，但是现在通过掺杂技术大规模生产的磷酸铁锂，其容量已经越来越接近170Ah/kg.的理论容量值。
磷酸铁锂电池已经在全球得到了广泛的应用，但是还需要对其抗滥用的能力进行深入研究，抗滥用能力不够使电池需要采取昂贵的保护措施防止过充过放等。
LiFePO4有显著的热稳定性，但对其寿命特征还需要进一步的研究。
最近，空气对磷酸铁锂的影响已经有人研究过。
特别的，对暴露在空气中几个星期到一年的LiFePO4的伏安特性的衰减进行了检测。
不仅在烧结合成过程，而且在环境空气中的储存期引入的杂质都不可避免的要影响到磷酸铁锂电池的使用寿命和比容量[10] 。
水分对锂电池的影响
水分对锂电池的影响1.水分对制浆工艺的影响正极材料，导电剂在制浆前都要在200度左右烘烤2小时，以除去水分，NMP必须密封保存，否则的话水分会与加入的PVDF和NMP 形成凝胶，使粘度增大，活性材料团聚，对涂布产生影响。
2. 制好的浆料在存放时也要防止NMP吸水。
3. 在涂布和制片阶段也要控制水分，环境湿度在常温下（20度）控制在相对湿度为30%一下，否则正极极片吸水后很难在正空干燥箱中除去。
4. 注液对湿度的要求最高，水分会与电解液反应，导致电池内阻增大，容量降低。
例如：新神户电机公司专利（10-189009）中验证了这种对相对湿度的要求。
专利中比较了在不同含水量空气中制造电池的交流阻抗和循环寿命，详见下表。
含水量ppm 露点℃交流阻抗 150循环容量维持率%10 -60 100 90100 -42 115 80300 -32 157 7015000 14 261 30从表中可以看出，干燥气中含水量越小越好，但由此将带来干燥设备的投资增大，综合考虑，干燥气中含水量控制在100ppm以下，对应露点-42℃，对应25℃下的相对湿度为0.4%。
如干燥气中含水量控制在300ppm以下，对应露点-32℃，对应25℃下的相对湿度为1.2%。
因此注液房的湿度要控制在1.2%左右，比较合理。
建造一个500M2的干燥房，其标准可以达到露点-32℃，对应25℃下的相对湿度为1.2%，大约投资100万。
其主要除湿部件，转轮马达等采用进口配件。
是一家集生产、销售、服务为一体的制造企业。
公司引进日本技术，研制、生产除湿机、工业除湿机、茶叶除湿机、转轮除湿机（湿度可低于1%）、加湿机、工业加湿机、湿膜加湿机、超声波加湿机、恒温恒湿机、塑料干燥机、NMP 回收设备、恒温恒湿房工程、除湿房工程（湿度可快速低至15%）的设计、安装。
材料中铁单质对锂电池的影响生产锂电池有缺陷，锂电池安全问题在最近引发了人们的担心。
有问题的电池使用时过热，某些情况下会突然燃烧。
正极水分测试的具体操作方法
正极水分测试的具体操作方法
1.将烘好正极进行真空泡液，测试电液水分含量，最好是将泡液前泡液后水分含量都测试下，差值即为正极含水量，为减小误差，最好做空白对比，小烧杯装一定量电液，同时抽真空，测试电液水分含量变化，在算时减点这个差值。
正极水分含量=泡液后电液水分含量-泡液前电液水分含量-（空白泡液电液水分含量-空白泡液前水分含量）
2. 如果是正极材料的话，用干燥减量法测。
方法：将称量瓶于105℃下烘1~2h，取出迅速放入干燥器中冷却；取样并准确称重样品重量，然后置于105℃烘箱中烘2~4h；取出后迅速放入干燥器中冷却；冷却后取出称重。
水分含量=(干燥前样品与称量瓶重量- 干燥后样品与称量瓶重量) / 干燥前样品重量。
参考标准：GB/T 6284-2006 化工产品中水分测定的通用方法干燥减量法
如果是正极极片的话，可以用831微量水分测试仪搭配832加热处理器直接测。
这个组合就是测固体中微量水分的。
具体方法如下：先在180℃下将样品瓶烘烤1h，或120℃下烘烤2h；取出后放入干燥器中冷却；取样并准确称重样品重量后密封；最后置于832加热处理器中，按照固体水分测试的操作流程进行测定即可。
浅谈锂离子电池高镍三元正极材料
浅谈锂离子电池高镍三元正极材料摘要：锂离子电池镍钴锰三元正极材料具有比容量高、稳定性好、热稳定性好和成本较低的特性，近年来得到广泛的应用。
镍钴锰三元正极材料在使用过程中也存在一定的问题，如：循环性能不稳定，容量衰减较为严重;电导率较低，大倍率性能不佳;振实密度偏低，影响体积能量密度。
为了提高锂离子电池的综合性能，元素掺杂、表面包覆等多种工艺对三元正极材料进行了改性，可以提升材料的性能，且合成方法简单有效，适合工业化大规模生产。
关键词：锂离子电池，正极材料，表面包覆，元素掺杂引言现代社会对能源资源的需求量越来越大，全球范围内的能源危机日益加剧。
科学家正在研究并开发新型能源，以解决化石能源面临耗尽的问题。
锂离子电池作为一种新型二次电池，从20世纪70年代开始发展，刚问世就被广泛用在了各种便携电子产品的电源上面。
随着汽车工业的发展，世界石油资源的枯竭以及环境污染的加剧，锂离子电池在动力电源领域的研究开始受到广泛关注[1]。
为了得到电化学性能优异的锂离子电池三元体系正极材料，需对材料进行优化和改性。
在材料的优化和发展过程中，需要考虑以下几个设计准则：能量密度。
由材料的可逆容量和工作电压决定，而可逆容量和工作电压又主要由材料的本征化学(如:有效的氧化还原电对、活性材料中的最大锂浓度等决定；速率容量；循环性能，速率容量和循环性能的主要决定因素是电子和离子的运动速度。
但粒子的形貌导致结构的各向异性也是重要的因素，在一些情况下，甚至成为主要的因素；安全性；成本。
因此，材料的优化通常从两个方面考虑:改变材料的本征化学(掺杂）和修饰形貌（包覆、控制粒子大小等)。
1、锂离子电池的结构及工作原理锂离子电池是利用锂离子浓差产生电势的一种电池，主要组成包括电极材料、隔膜、电解液构成。
锂离子电池的正极材料一般采用含锂离子的相关化合物，负极材料导电率一般都较高，多采用碳素材料或是锂片，而电解液则是一种锂盐溶解在混合有机溶剂中形成的溶液，这种溶液理论上不仅具有离子导电性和电子绝缘性，并且具有与锂离子相容性良好的特点。
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正极材料水分管控
一、水分对材料影响
1、正极材料磷酸铁锂成品的含水量直接影响电池的电化学性能，磷酸铁锂的生产厂家在生产过程中都会严格控制磷酸铁锂的含水量，一般要求水分含量在1000ppm以内。
但是由于磷酸铁锂粉体颗粒细、比表面积大，导致其吸水性较强。
如果在空气中暴露时间稍长或环境湿度偏高，其水分含量会超过1000ppm。
2、正极材料大都是微米或纳米级颗粒，极易吸收空气中的水分，特别是Ni 含量高的三元材料。
在制备正极浆料时，如果正极材料水分高，在进行浆料搅拌过程中NMP吸水后会造成PVDF溶解度降低，导致浆料凝胶成果冻状，影响加工性能。
制成电池后，其容量、内阻、循环和倍率等都会受到影响，因此正极材料的水分与金属异物一样要作为重点管控项目。
二、水分来源
A、空气中水分
B、前端工序水分
C、设备内渗水
D、人为原因
E、辅材工装等其他原因
三、水分管控方式
1、大多数情况会重点关注烧结工序之后的水分控制，窑炉高温烧结可以除去粉料中的大部分水分，只要严格控制烧结工序之后到包装这个阶段的水分引入，基本可以保证材料水分不超标，前端工序若水分较高，干燥料装钵机下料过程会造成堵料、堆结的情况，烧结效率和材料的微观形态都会受到影响。
为降低干燥料含水率，需严格控制前端工序的各项参数指标，如混料研磨工序用水量、成品浆料的固含量、喷雾干燥进排风温度等。
2、所配产线设备自动化程度越高，减少人为不必要的干预，粉料在空气中暴露的时间越短，水分引入也就越少。
推动材料供应商提高设备自动化程度，如
实现全程管道输送，监控管道露点，安装自动装钵机实现自动装料、下料，将从炉窑出来的磷酸铁锂物料直接倒钵翻转匣钵使物料经过旋转阀门进入气流输送装置，外轨道线全程密封处理，轨道线箱盖及时上盖，通入压缩空气形成微正压，压缩空气源露点控制在≤-10℃，并定期对输送线湿度露点进行监测，这对防止水分引入贡献巨大。
3、物料经冷干压缩空气气流输送，将磷酸铁锂物料从气流输送装置发送至储料仓内，物料水分与环境及时间有关，料仓通入压缩空气以减少外部环境影响，存放时间过长可能会吸水潮解，长时间存放再次设备使用需对物料进行卸料。
使用气体吸干机对干燥压缩空气进行加热，利用加热后的高温压缩空气作为粉碎和烘干气源，可以有效避免物料在生产过程中吸水，在气流磨中对物料进行粉碎和烘干，在粉碎过程同时具有烘干功能，进一步保证产品水分含量，粉碎后的物料进入分级轮进行筛分。
此过程需对气流粉碎露点严格把控，确保气体温度具有充分烘干效果，对气源露点控制在≤-30℃，对空压机露点控制在≤-60℃。
4、筛分后的物料进入到除尘仓内进行气固分离，分离出来的物料经除磁后进入自动包装系统进行包装。
此环节是湿度露点应该最严格控制的关键点，对包装间进入人员数量进行限定，风淋间进出门及时关闭避免敞开，物料进出控制进出时间，定期对除湿机除湿效果、包装湿度露点进行点检记录以及保养工作，必须符合工艺控制标准≤-40℃，理论上讲露点越低越有利，如果达不到这个要求，前面所有的控制都会失败，材料会重新吸收水分。
5、此外，下料包装时物料与环境直接接触，人为干预因素增多，包括吨包包装操作及取样检测操作，此过程对人员要求较高，现场员工操作需要参照包装作业指导书及成品取样作业指导书要求进行操作，佩戴相应劳保用品、工具。
结束后应及时采用吨袋抽真空的包装封口，并对密封效果进行检验。
6、对湿法段配料辅料间、干法段筛网制作间、振筛除磁间、成品包装间进行温湿度环境管控，安装湿度露点仪，定期进行点检记录。
7、原材料、成品立库存放需制定物料暂存时间限定，超过存放期限需对产品进行取样检测。
对立库温湿度环境进行管控，定期进行点检记录。
8、临时物料存放
受限于生产安排或异常情况处理时需对过程物料临时存放情况，如干燥料吨包装袋，烧结料搬钵下料或暂存，此时就要严格控制粉料暴露时间，对吨袋或铝箔袋及时封口，匣钵等不便封口物料盛装容器及时缠绕膜包裹严实。
处理完后放置于干燥环境暂存。
四、当然材料设计不同，吸水性也会有较大差异，比如包覆材料差异、比表面积差异等都会影响其吸水性。
有些材料供应商虽然在制造过程中防止了水分的引入，但材料本身却具有易吸水的特性，制成极片后水分极难烘出，这就给电池制造商造成了麻烦。
因此，在开发新材料时应考虑到吸水性的问题，开发出普适性更高的材料，这对供需双方都大有好处。