锂离子蓄电池生产企业对水份粉尘的控制.ppt

对电池的影响 生产过程中主要控制的4大要素 水份 粉尘 毛刺 金属颗粒 以上事项对电池的影响 水份 电池的容量 电池鼓壳 粉尘 高HSD 短路 毛刺 短路 金属颗粒 短路 对电池的影响 1 电解液变质 使电池铆钉生锈 2 电池内部压力大 3 高内阻 HighACR 4 高自放电 HSD 5 低容量 6 低循环寿命 7 电池漏液 了解一下电池产品 干电池 一次性电池 鎳鎘柱狀可充電電池 我们所生产的是锂离子动力电池 电池内部组成 1 正极片 2 负极片 3 隔膜纸 4 电解液 5 壳体 卷绕所用的原材料 正负极片 正极 负极 隔膜纸和绿色胶纸 隔膜纸 绿色胶纸 电池鼓壳 电池鼓壳 水份对电池的影响 充电后的负极片 白色的结晶就是由水分引起的化学反应产物 安全 安全 是这个世界上最重要的事情 离开安全而谈其他 都是空话 也许 我们已经了解过去的新闻 有很多电池在使用的过程中起火爆炸 甚至致人于死地 下面我列出2则新闻供大家参考 手机放在裤兜里 大腿被炸了一块 把手机放在胸前 胸前被炸了一块 Sony电池在展会过程中爆炸起火 被评为2006年科技丑闻的第一位 Sony电池引火 消防车起笔记本着火并导致汽车着都来灭火了 Sony电池爆炸 笔记本烧坏 索尼公布电池起火原因耗33亿美元召回新华社电日本富士通公司10月27日公布了一起笔记本电脑起火烧伤使用者的事故 初步调查认定 事故由正在回收的索尼公司生产的锂电池引起 这是日本国内发生的首例索尼笔记本电池起火事件 电池爆炸的基本原因 电池爆炸起火的原因多种多样 但最普遍的还是粉尘和金属颗粒所引起的爆炸 它们都有一个共同的失效原因 那就是粉尘或者金属颗粒所导致的内部短路 进而引起电池的激烈内部放电和能量积累 进而到导致电池爆炸起火 爆炸起火所导致的经济损失是无法估量的 2006年的Sony 因为其笔记本电脑电池的全面召回 股票和利润大幅下跌 下降30 试想 如果召回的是A123的电池 那将是召回一辆一辆的汽车 而不是一颗一颗的电池 那将是30万 n的人民币损失 什么意思 一只电池高自放电 我们将要损失30万人民币 如果是大面积的电池召回 那将更不可估量 你想想看 一款汽车的推出 它不可能只卖10辆 那么如果它卖出10000辆 那么回收的金额将超过30亿人民币 这仅仅是汽车的原有价值的回收 还不涉及回收的其他费用 如果算上100 的召回费用 这笔账就是60亿人民币 是的 对于电池而言 贯穿于整个制造的过程中 必须高度重视的就是其安全性 谁都不能跨越这个坎 如果 那一排排的装在汽车座位下面的电池它不安全的话 你想想看 他是不是一排排的雷管 是不是一排排的炸弹 我们还不至于造炸弹 但如果我们不去控制的话 我们终究会被自己造出来的产品所伤害 A123拥有世界一流的技术和产品 我们还必须追求世界一流的品质 在品质面前 任何妥协都是自残 甚至与可以说是给自己挖坟墓 是的 我们似乎扯得太远 事实并没有那么复杂 只要我们做好一件事 这些危言耸听的故事将远远地离开我们 什么事 控制粉尘 像洁癖一样控制粉尘 像对付敌人一样冷酷地对待粉尘 让其在电池的制造过程中消失 这就是我们要做的 从你的身边做起 让粉尘消失 所谓千里之行 始于足下 那么 粉尘控制 请从你的身边做起 品质无尘 来不得半点妥协 对于粉尘而言 你的举手投足 都有很大的影响 那么 遵循我们定下的规则 这个世界将于粉尘隔绝 粉尘的控制 粉尘的控制及危害 在锂离子电池的制造过程中 有很多东西是必须严格控制的 一是粉尘 二是金属颗粒 三是水分 之所以粉尘控制放在首位 这是由电池所使用的材料和其安全需求决定的 锂离子电池为了追求更高的能量密度和功率 在设计的时候 一般都会把所使用的隔膜纸的厚度降到尽量低的程度 在我们的电池中 所使用的隔膜纸的厚度为20 m 相当于头发直径的1 3的厚度 一根头发就可以刺穿隔膜纸好几层了 这是为什么让大家戴帽子的把头发裹起来的原因 其厚度是相当薄的 如果粉尘的直径接近隔膜纸的厚度 那么 就容易导致电池的短路 在某些情况下 甚至导致电池起火爆炸 粉尘对电池性能的影响 在我们生产车间 有着各种各样的粉尘 颗粒 诸如极片搬运产生的粉料灰尘 机器和夹具磨损的金属颗粒 盖板和铝壳组装时刮擦的金属屑 激光焊时喷溅的金属屑 我们工鞋带进来的土尘 还有我们的头发 碎屑等等 这些粉尘 碎屑通常粘附在极片 隔膜或者盖板上 进而在生产过程中进入电池内部 它会给电池造成很大的不良影响 简单来说 会产生如下几个后果 1 造成电池HSD 高自放电 2 造成电池内部短路3 造成电池起火爆炸 1 造成电池HSD 高自放电 HSD 是指电池在不使用的情况下 电量也会损耗 当这个损耗在规定的情况下超过一定量之后 这只电池就被认为是B品或报废电池 HSD很严重的时候 充满电的电池 过不了多久 电量就会损耗殆尽 甚至使的电池的电压变为0V 而我们公司生产的锂离子电池 任何情况下电压是不能低于2 0V的 如果电压低于2 0V 电池就会出现不可逆转的化学反应 就失去了循环充放电的能力 电池也就报废了 对于客户 使用者 而言 自放电所引起的结果就是 手机今天充电 明天就没电 电动车今天骑来公司的时候 还是满电的 下班的时候 就已经没有电了 汽车停在停车场半个月 重新启动时没有电了 这些 都是自放电电池在客户端的表现 它会让电池失去使用功能 而导致客户非常不满 对于我们自己而言 高自放电的电池多了 我们的梁绿就低了 如果有5 的电池高自放电 当我们产量达到40000只 天的时候 就意味着每天有2000只电池需要报废 意味着14万人民币要报废 一年将有168万人民币报废 如果用来买汽车 意味着报废了10辆中档轿车 如果买房子 在常州新北区应该可以买两套了 2 造成电池内部短路 电池的能量 主要由卷芯提供 其中正极片 负极是能量的源头 化学电池有个规律 在电池外部是电子导电 电池内部则是离子导电 所以电池内的卷芯要用隔膜隔开正极片和负极片 使得离子在电解液中穿过隔膜 进行化学反应 如果电池内部正极片和负极片直接接触了 或者通过粉尘 碎屑导电 那电池内部就成了电子导电了 电池就内部短路了 如果电池内部短路了 那么电池就大量发热 那么随着电池的大量发热 进而可能出现起火爆炸 对于客户而言 电池发热表现为 你的手机在打电话的时候 电话越来越热 当这个电池安装在汽车底座下面时 电池发热的时候你的屁屁可能就不舒服了 3 造成电池起火爆炸 电池在满电的时候 内部突然短路 会立即释放出大量热量 致使电池迅速升温 电解液分解产生大量气体 电池内部压力急剧上升 进而发生电池爆炸的严重后果 爆炸会使电池零部件飞溅 容易伤人 也会使电解液着火 很容易引发火灾 粉尘 金属颗粒 隔膜纸破孔 极片的毛刺等容易使脆弱的隔膜纸刺破而导致如此重大的失效 在生产过程中 通过Hi pot测试 高温老化来检测挑出HSD 短路的电池 但这种方法不能100 挑出所有缺陷电池 有些电池的内部的粉尘和颗粒 处于临界状态 在多次充放电后 或经过振动 高温等不合理使用时 这些危险后果才会显现 假如此时电池正在我们工厂 危险会伴随我们左右 假如此时电池正在客户的工厂 危险会伴随客户工厂的工人 会导致高额的索赔 假如此时电池正在终端用户的手中 那受害人将会是我们自己 因为我们的电池 会在不远的将来 装进电动汽车 而我们自己 就是电动汽车的乘客 控制粉尘及颗粒 才是解决这几个不良后果的根本措施 粉尘的来源 粉尘的来源多种多样 一般来自于以下几个方面 厂房外部的浮尘 人自身产生的粉尘 产品的包装产生的粉尘 产品制造过程中自身所产生的粉尘 运输工具 物料盒 推车 带来的粉尘 更有一些经过使用老化的零件等剥落的粉尘 厂房外部的粉尘是粉尘的重要来源 特别是在中国这个开山辟土惯了的国度 到处都是裸露的土地 粉尘们当然乐于乘风起舞 来个免费旅游了 于是 厂房外的粉尘随着空气的流动 将无孔不入地散落于各个旮旮旯旯 这就要求我们把门窗关好 把从外部引进来的空气要进行过滤 人自身产生的粉尘 它来自于你的衣服静电吸引来的粉尘 它来自于你的发屑死皮 又研究表明 各种衣服的粉尘含量如下表所示 对于发屑死皮等 在我们的干燥室内 这些也更容易发生 想象冬天的时候 有些人的头发的发屑会像雪花一样飘洒 你就会知道他的影响有多大 这就要求我们穿防尘工作服且要把自己头发等包的严严实实的 以免因为你的某粒发屑而导致电池报废 一些生活细节可以让我们离粉尘更远一点 人体散发的污染物质主要有自身产生的污染物和携带物 进入干燥室或洁净室前 应该 将拖鞋在净洁垫上擦拭 进入车间就换鞋 洗手 并在烘干器上吹干 换指定工作鞋和净化工作服 如有风淋室 一定要通过风淋室进入洁净室 在洁净室内不要拖足行走 不做不必要的动作或走动 在洁净室内不许饮食 除工作必需的物品 一切个人物品严禁带入洁净室 不得在洁净区域外穿洁净工作服 特别不得厕所穿洁净工作服去食堂就餐及进入洗手间 争取每天冲澡 换衣 经常洗头 保持身体的清洁 女子勿身涂抹物 如头油 香水 睛膏 脂粉等物 男子尽量每天刮胡须 非工作人员及休息时间工作人员不得在干燥室 洁净室内逗留已保证室内最少人数 一切人员进入洁净区和洁净室必须遵循规定的净化路线和程序 不得私自改变 必须换上专用拖鞋方可进入洁净区 必须换上专用帆布鞋才能进入洁净室 因此 对于包装盒等东西 我们在产品进车间之前就把他拿下来 不要让其进入车间 产品包装引来的粉尘 它应该说是一种常态 前面说过 空气中无处不粉尘 那么 在这个环境下运输包装的产品 当然脱不了俗 落尘附包装 不愿也无奈 还有就是包装材料本身 所谓的硬纸盒 他的原来就是50 的烂纸浆加50 的无机填料 所谓无机填料 就是沙土之类把它碾碎了 组成的 某些碰撞 摩擦 当然会导致这些 无机填料 的脱落了 产品制造过程中产生的粉尘 我们的正负极片本身就是由一些细小颗粒 通过粘结剂粘合在一起而粘附在铜铝箔片上的 而加工过程中的振动 摩擦 当然会使其脱落 还有在焊接的过程中 难免会产生一些金属颗粒的飞溅 这些也是制造过程中所带来的粉尘 对于这些 我们的办法当然是防止与围追堵截相结合 对于不可避免的颗粒脱落 我们要勤用吸尘器把它吸掉 对于可以避免的摩擦 我们要充分保证产品不受到摩擦 实在没有办法的时候 就是对产品进行隔离 使产品不会暴露在这些粉尘的环境之中 吸尘的动作 在每一个工序他都应该存在 都应该成为一种标准的除尘动作 运输工具带来的粉尘 对于运输工具而言 无非推车 物料盒 传送带等 他们也会带来粉尘 这些就要求我们对运输工具进行清洁以后再拿进厂房进行使用 并且 要求在使用过程中要减少摩擦 机器零部件被摩擦 或者老化后剥落的粉尘 对于这一些 更需要充分注意 因为它很隐性 不容易被发现 例如 一些经常来回滑动的零件 还有门轴之之类的 因为经常被转动 又干燥 所以 对于轴的摩擦 是永恒的过程 因此 对于这些区域的关注 就更应该细心 这要求我们在做清理工作和排查粉尘来源时 要细致到每一个角落 洁净室等级为十万级 粉尘的来源 多种多样 只要你一不小心 他就进来了 所以 要象防贼一样防粉尘 谨防每一个粉尘的来源进口 要勤于清洗 勤于除尘 车间内的除尘方式 对于粉尘而言 如何除掉粉尘 似乎是一件很容易的事情 然而 事实可能还真的没有想象那样容易 因此 说说如何除尘也就很有意义了 生活的北方人可能都熟悉鸡毛掸子 这种除尘的方式有点自欺欺人 粉尘被你弹下来了以后 依旧会飘在整个空间 最终还是会落回物体表面 因此 在我们的工厂里 这种除尘方式是不被允许的 属于这种方式的有 用高压气体冲刷产品 用牙刷刷机器 用布拍打机器 如果非得用这种方法 那么就要定向而且要和真空收集一起使用 湿布除尘 湿布除尘 这种方式 我们普遍在使用 当然 对于我们工厂而言 这种方式依旧具有其局限性 因为我们的产品怕水 所以 用湿布来除尘 当然就有可能把整个干燥间的湿度降低下来了 因而引起产品的不良 虽然DMC和酒精等同样可以用于清洗 但是DMC易于腐蚀塑料表面 而酒精也是我们产品所不能接触的东西 因此 在30 RH干燥间 DMC可以用于擦拭金属的零件 却不能用于擦拭塑料的零件 但是 塑料零件可以用防静电液进行擦拭 但是 在1 RH的注液间中 就更只能用纯DMC了 湿布除尘 需要有规则 擦拭零件或地面 永远是朝一个方向推进 有利于粉尘的集中 同一片湿布 不能多处使用 它会引起粉尘之间的交叉污染 最终引起产品的高自放电 所以 在擦拭零件时 一片碎布 擦一个零件 真空吸尘 真空吸尘 真空吸尘应该是我们工厂的除尘方式的一种常态 它是最直接把粉尘收集然后带出车间的 不引起二次污染 因此 吸尘需要推广到车间的每一个角落 吸尘的工具需要齐全 专用的吸尘器只能专用于某些领域 例如 转用于吸负极粉尘的 就专用于吸负极粉尘 专用于正极粉尘的就专用于吸正极粉尘 转用于吸地面的 就专用于吸地面 不能交叉使用 对于真空吸尘而言 当真空越大 吸力也就越强 距离越近 吸力也越强 所以 在使用真空吸尘枪时在保证不损伤零件和产品的前提下 可以尽量靠近零件和产品 使其除尘更彻底 对于换吸尘器的布袋 要拿到车间外部换 不能再车间内部换 因为 那也会导致吸尘器的沉淀物重新挥发到车间中 真空吸尘 胶布粘尘 对于一些旮旮旯旯之类的地方 很难用吸尘器或者湿布进行除尘 但却可以用胶布借助工具进行收集 然后包扎起来 使其不脱落与各个角落 因此 胶布除尘是值得推行的一种方法 他没有二次污染 更能固化粉尘 当然 选择粘度适中的胶布很重要 除尘当然也有其顺序 一般遵循从上到下 从里到外 从左到右的方式 这样不会出现一些区域已经清理过后被2次污染 除尘是一件重复的 永恒的事情 是一件需要恒心的事情 它不需要多大的智慧 但却需要有一颗恒心 26650车间粉尘现状 正极清理机集尘口附近区域有颗粒 负极点焊机集尘托盘板有颗粒 铝延伸柄的物料盒里到处是金属颗粒 26650车间粉尘现状 水份的影响及控制 1 电解液变质 使电池铆钉生锈 我们公司电池的所用的电解液 是不能在水分过高的环境下使用的 电池注液的时候 必须要在小于2 湿度的环境下 并且注液后赶快封口 阻止电池内部和空气接触 如果水分过高 电解液和水分反应 生成微量有害气体 对注液房环境有不良影响 这也会影响电解液本身的质量 使得电池性能不良 还会使电池铆钉生锈 2 电池内部压力大 水分会和电解液中的一种成分反应 生成有害气体 当水分足够多时 电池内部的压力就变大 从而引起电池受力变形 如果是手机电池 就表现为鼓壳 如果是我们的26650电池 就表现为高度超标 如果是我们的32xxx电池 那防爆阀就会开裂 电池也就报废了 当内部压力再高的时候 电池就有危险了 爆裂使得电解液喷溅 电池碎片也容易伤人 3 高内阻 HighACR 电池在使用的时候 内阻小 就能进行大电流放电 电池的功率也就很高 如果内阻大 就不能进行大电流放电 电池的功率也就比较低 就比如手机电池 快没电的时候 可以收发短信 但不能打电话 一打电话就关机 这是因为打电话的时候 需要的功率大于收发短信所需 4 高自放电 HSD 自放电 是指电池在不使用的情况下 电量也会损耗 当这个损耗在规定的情况下超过一定量之后 这只电池就被认为是高自放电 成为B品或报废电池 HSD很严重的时候 充满电的电池 过不了多久 电量就会损耗殆尽 甚至使的电池的电压变为0V 而我们公司生产的锂离子电池 任何情况下电压是不能低于2 0V的 如果电压低于2 0V 电池就会出现不可逆转的化学反应 就失去了循环充放电的能力 电池也就报废了 对于客户 使用者 而言 自放电所引起的结果就是 手机今天充电 明天就没电 电动车今天骑来公司的时候 还是满电的 下班的时候 就已经没有电了 汽车停在停车场半个月 重新启动时没有电了 这些 都是自放电电池在客户端的表现 它会让电池失去使用功能 而导致客户非常不满 对于我们自己而言 高自放电的电池多了 我们的合格率就低了 如果有5 的电池高自放电 当我们产量达到40000只 天的时候 就意味着每天有2000只电池需要报废 意味着14万块钱要报废 一年将有168万块报废 如果用来买汽车 意味着报废了10辆中档轿车 如果买房子 在常州新北区应该可以买两三套了 5 低容量 电池内部水分过高 损耗了电解液的有效成分 也损耗了锂离子 使得锂离子在电池负极片发生不可逆转的化学反应 消耗了锂离子 电池的能量就减少了 用26650电池给电钻供电 充满电后本来可以使用1小时 因为电池内部有水分 就只能使用50分钟了 用将来的汽车用32xxx电池来供电 充满电后本来可以行驶150公里 结果只能行驶130公里 如果偏偏前不着村后不挨店 没法充电的话 还得找个拖车来拖汽车 6 低循环寿命 我们公司的电池 是锂离子电池家族中 寿命最长的 26650可以充放电循环3000次 如果水分超标 情况就不会这么乐观了 26650装进电动工具 承诺给客户说可以使用5年 结果4年就充不进电 干不了活了 客户会答应吗 还会买我们的电池吗 32xxx装进电动汽车 承诺可以使用10年 结果8年9年的时候 开不了几公里就没电了 如果我们自己就是用户 我们会答应吗 7 电池漏液 当电池内部的水分多的时候 电池内部的电解液和水反应 其产物将是气体和氢氟酸 氢氟酸是一中腐蚀性很强的酸 它可以使电池内部的金属零件腐蚀 进而使电池最终漏液 如果电池漏液 电池的性能将急速下降 而且电解液还会对使用者的机器进行腐蚀 终而引起更加危险的失效 水分的来源 1 车间中的水分来源 空气中的水分 人体出汗产生的水分 人体呼吸产生的水分 雨天 衣服淋湿之后 没有完全干燥就进入车间 洗手后 手没有烘干就进入车间 水分还来自纸箱等包装物 这些包装物的含水量很高 也是水分的来源之一 对于我们所使用的原材料 辅料 他们也是带有不同含量的水分的 譬如纸巾 譬如隔膜纸 譬如极片 他们都是吸水性非常强的物质 一旦水分被吸进去 就要花能量去把它除掉 空气中的水分 一般用相对湿度来衡量 在不同温度和天气 有很大的差别 在夏天的雨天可以达到90 冬天的雪天则30 左右 在夏天的晴天50 左右 冬天的晴天则20 左右 人呼吸的时候 距离鼻孔2厘米 湿度则达到85 空气中水的重量 可以参见下表 电池 原材料的水分来源 1 正极片我们的正极片使用的是纳米材料 这种纳米材料具有很强的吸水性 很容易周围的空气中吸收水分 2 负极片负极片比正极片来说 吸水性相对低一点 当然 在没有控制湿度的环境下 其从环境空气中吸水数量也是相当可观的 3 隔膜纸隔膜纸也是一种多孔性的塑料薄膜 其吸水性也是很大的 4 电解液电解液是一种非常怕水的物质 它也非常容易吸水 他会和水进行化学反应 直至所有的电解液物质反映完成 也就是说 他喝水的能力是永无止境 直至自己死掉 5 其他金属零件虽然金属零件本身对水分的吸收有限 但是 金属零件对水分却很怕 因为水分的存在会使其生锈或者腐蚀 材料中的水分含量是电池中水分的主要来源 当然 环境湿度越大 电池材料越容易吸收水分 所以车间分为 1 在30 组装车间 2 在30 激光焊车间 3 在30 烘烤房 4 在2 注液房 30 组装车间 在这个车间 是电池材来吸水的主要场所 所有的重要原材料 正极片 负极片 隔膜纸 电池零件都暴露在这个车间一段时间 所以 他是电池材料吸水的主要场所 而且 停留时间越长 吸的水分就越多 因此 在这个车间 我们应该保证产品呆在这个车间的时间越短越好 30 激光焊车间 激光焊车间也是30 的湿度 因为电池在这个阶段还没有封口 所以也需要控制电池在这个车间等待的时间 保证电池的水分含量足够小 在车间走廊 约30 90 随天气而变 车间走廊是没有控制湿度的 如果电池等待在这个区域 那么它的吸水性将是最大的 所以 要100 避免未封口的电池和材料暴露在这个区域 下图是一卷点焊正极片 完全干燥后 在 50 70 的环境下的吸水图 由图可见 经过一天 吸水量达到极片本身的0 3 经过两天 水分达到0 5 经过五天 水分达到0 7 换算成32113电池的话 则1只电池1天吸20滴水 因此电池转移经过车间走廊时 一定要迅速稳健 30 烘烤房 这个车间 是非常重要的 之所以说重要是 因为电池吸收到的所有水分 都必须通过这个工序烘烤出来 如果烘烤不出来 那么 前面所有提到的问题都会在我们的产品表现出来 烘烤后的电池必须在最短的时间内转进注液房 否则 电池将会吸水很严重 下面是烘干后的电池在烘烤房陈放时的吸水曲线 这个图说明 烘烤后的电池 在30 的房间 仅仅由一个小小的注液孔透气 就会在15分钟吸水达到电池本身重量的0 003 也就是0 006g 几乎是五分之一滴水 然后需要在过渡烘箱加烘至少4小时 才能再次烘干这15分钟的吸水量 真空烘箱 烘烤时间72H 真空度 1torr 温度85 5 2 注液房 这个房间 是湿度应该最严格控制的房间 湿度应该控制在2 以下 温度控制在21 3 以内 如果达不到这个要求 前面所有的控制都会失败 电池会重新吸收水分 电解液在注液过程中也会吸收水分 如果这里控制不好 前功尽弃 下