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·☁✘•、迴圈壽命好·☁✘•、電化學穩定·☁✘•、環境友好等優點•·✘↟│，成為動力電池領域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•·✘↟│，影響電池的安全效能·╃。
金屬異物累積造成隔膜穿孔過程示意圖
金屬銅導致電池短路（a）SEM 影象 （b）各元素的分佈
金屬異物來源以及如何管控
1. 來自於燒結過程中原材料生成的雜質
在磷酸鐵鋰（LiFePO4）的合成過程中會伴隨生成少量的 γ-Fe2O3·☁✘•、FeP·☁✘•、Fe2P 及 Fe2P2O7 等雜質•·✘↟│，單質鐵也會在還原性氣氛下在 500～700℃ 經 Fe3＋ 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效能·╃。
磷酸鐵鋰-1 磷酸鐵鋰-2
磷化鐵-1 磷化鐵-2
氧化鐵-1 氧化鐵-2
2. 來自於製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│✘₪•·：一是裝置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•·✘↟│，涉及到的裝置主要有混合機•·✘↟│，輥道窯以及粉碎機·╃。一般而言•·✘↟│，裝置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•·✘↟│，也需要採取必要的防護措施·╃。
b. 間接引入
間接引入的來源更加複雜•·✘↟│，空氣中的飛散物有可能來自裝置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│✘₪•·：生產線所有裝置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塗塗層進行防護·╃。
為了防止外界環境中的異物進入正極材料車間中•·✘↟│，一般從以下幾個方面來進行管控│✘₪•·：
1. 車間門窗密閉•·✘↟│，安裝新風系統•·✘↟│，新風經過高效過濾器過濾後再進入車間內•·✘↟│，新風量略大於排風量•·✘↟│，車間保持 +3 Pa~+5 Pa 的微正壓；
2. 車間大門採用雙層連鎖結構•·✘↟│，內建風淋室；
3. 車間內採用專用的轉運工具或車輛•·✘↟│，外部轉運工具或車輛禁止進入車間內；
4. 外來人員進出車間需更換服裝和鞋子•·✘↟│，禁止攜帶手錶·☁✘•、鑰匙·☁✘•、硬幣等金屬物品進入車間內；
5. 車間內地面採用永磁磁棒定期進行除磁；
6. 制定相應的規章制度和點檢表•·✘↟│，定期檢查新風濾網更換情況；
7. 在車間放置專用的器皿•·✘↟│，定期監測環境中的飛散物水平•·✘↟│，如有異常及時進行調查整改·╃。
金屬異物如何檢測
那麼•·✘↟│，金屬異物到底該如何檢測呢✘₪·？飛納 Phenom ParticleX 以掃描電鏡和能譜儀為硬體基礎•·✘↟│，可以全自動對金屬雜質顆粒進行快速識別·☁✘•、分析和分類統計•·✘↟│，為客戶的研發以及生產提供快速·☁✘•、準確和可靠的定量資料支援·╃。
其工作原理為│✘₪•·：透過背散射成像的明暗襯度識別顆粒•·✘↟│，進而對顆粒進行能譜成分分析•·✘↟│，並根據顆粒形貌和成分資訊對其進行自動分類·╃。
如下表所示為使用篩分法收集樣品•·✘↟│，並使用 Phenom ParticleX 測試磷酸鐵鋰中金屬異物的結果·╃。可以看出•·✘↟│，在篩分法中•·✘↟│，磷酸鐵鋰主材佔據了絕大部分顆粒•·✘↟│，其平均氧含量為 44.2%•·✘↟│，而磷化鐵和氧化鐵的含量較少•·✘↟│，磷化鐵中氧含量較少•·✘↟│，僅為 10.6%•·✘↟│，而氧化鐵中並不含有磷的成分·╃。
金屬異物的統計結果（篩分法）
金屬異物的平均成分（篩分法）
自動獲取的磷化鐵的詳細資訊
自動獲取的氧化鐵的詳細資訊
