图6不同含水量电池45 oC ，1C 充放电循环100次后的EIS谱图
但是通过对比图5和图6中反应的半 弧发现，温度升高反应动力学变得 更加迟缓，说明，升高温度导致含 水量高的电池电极材料性能恶化， 电池性能衰减。
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▶ A1 阶段 水分对电池循环过程中产生气体成分的影响
水分含量高的电池负极SEI质量较差，循环过程中C负极有剥离现象，导致明显 的析锂也是造成性能衰减的重要原因。
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LSPA
▶ A1 阶段不同含水量电池循环过程中的EIS分析
安全 速度 成本
Lean 精益
DMA I C
随着电池中水分含量的升 高，这是由于水分含量高的 电池在正/负极表面生成的不 溶吸附物较多，导致电池内 部接触电阻增大。此外，水 分含量也增加也造成电池的 电化学反应阻抗显著增大。
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▶ M2 问题点现状调查
安全 速度 成本
Lean 精益
DMA I C
• 电解液在干燥间（露点-28，温度低于30oC）空气中暴露时间对其水 分含量的影响：
电解液暴露在干燥间空气中10h以内电解液含水量变化不大。
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▶ D4 问题详细陈述
安全 速度 成本
Lean 精益
DMA I C
我公司大力推广水溶剂电池体系，但目前，对于水溶剂体系电池中水 分含量控制规格无系统的理论基础。对关键影响工序无产品水分控制 标准和相应的检测控制。导致部分电池水分杂质含量较高，直接对电 池的厚度、循环性能及安全性造成不良影响 。而且，目前公司缺乏 关于水分对电池性能、安全性影响的系统性的研究。
Measure
Analyze
安全 速度 成本
Lean 精益
DMA I C
Improve
Control
2009.3月
根据要求，定义课题 范围，查阅文献资料
2009.4月
现有生产条件基础 数据测量，查找导 致电池水分含量高 的主要因素
2009. 5月
水分对电池电解液、电极 材料稳定性、集流体稳定 性及电池性能的影响分析
方 负极：145oC，12h，真空上限40Pa，下限200Pa 法
在三部卷绕车间，分别从极片外圈、中部和内圈取极组，对极片含水量进行测量
经过极片的烘干过程后，极片卷的外圈、中圈和内圈的正负极片水分测定， 得出现有的烘干工艺能够均匀的将极片内的水分烘出，不会造成不同位置的极 片水分含量不一致。
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安全 速度 成本
Lean 精益
水分杂质对锂离子电池性 能及安全性能的影响研究
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部
门 ：电池安全研究室
项 目 负 责 人：朱静
开 始 日 期：2009/03/11
结 束 日 期：2009/06/30
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安全 速度 成本
Lean 精益
• 课题目标： 建立水分对电池性能及安全性能影响的量 化指标，改善现有工序。
图5不同含水量电池经过200次循环 后满电态交流阻抗谱图
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安全 速度 成本
Lean 精益
▶ A1 阶段不同含水量电池循环过程中的EIS分析
DMA I C
随着电池中水分含量的增大，电池 内部的接触电阻逐渐增大，而且电 化学反应的阻抗弧变大，水分杂质 的增大，导致电池在45 oC条件下的 反应动力学变缓。按照常规电极动 力学过程应该随着反应温度的升高 加快:
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▶ D5 改善问题点定义
安全 速度 成本
Lean 精益
DMA I C
定定义义：：水水分分含含量量与与电电池池性性能能及及安安全全性性能能之之间间的的关关系系
数据来源：电化学测试及物理表征结果。
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▶D6改善团队
安全经理 陈志奎
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▶ A1 阶段 水分对45oC循环性能的影响
安全 速度 成本
Lean 精益
DMA I C
图4不同含水量电池的 45 oC，1C充放电循环 （蓝色333.9、黑色 182.1、红色234.8ppm ）
45 oC，1C充放电循环电池性能衰减严重，这是由于电解液中的水和HF在高温下 对电极材料结构破坏作用更严重，反应如下：
总工程师 于申军
LEADER 朱静
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Lean 精益
DMA I C
赵霞
•安全测试间主任 •安全测试
马佳鑫
• 测试工程师 • 材料表征分析
李飞
•测试工程师 •表征分析
何显能
• 工程师 • 实验
周永超
• 工程师 • 实验
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▶ D7 改善日程
时间
Define
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▶ A2 阶段水分含量对正极材料电化学性能的影响（CV）
安全 速度 成本
Lean 精益
DMA I C
Li+的嵌入/氧脱化嵌峰 还原峰
图11 不同含水量电池正极的CV曲线
随着电解液中水分含量升高 CV曲线的氧化还原峰宽度增 大，而且这对氧化还原峰逐 渐被弱化，说明水分的存在 降低了正极LiCoO2中锂离子 的反应动力学常数，正极的 容量降低。而且随着水分含 量的升高在高电位下的氧化 峰明显升高，说明电池中的 水分降低了正极LiCoO2材料 在高电位下的稳定性，导致 电池的抗过充能力降低。
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LSPA
▶ D1 课题选定
安全 速度 成本
Lean 精益
DMA I C
VOB：分析水分杂质对锂离子电池性能及安全性能的研究。
现状：水溶剂电池极片烘干后48h内完成卷绕、装配，周边焊后再对电池 进行烘干除水，导致电池极片中水分杂质含量较高.
通过分析水分杂质对电池性能及安全性能影响的原因，确定电池中水分含 量的临界值，改善卷绕及电池烘干工艺，减小电池中水分杂质的含量。
安全 速度 成本
Lean 精益
DMA I C
水溶剂电池的水分杂质主要来自于负极的极片 ，主要原因：
（i）极片烘干后残留水分浓度较大（300ppm左右）； （ii）负极片中CMC极易吸收空气中的水分，导致烘干后的极片 暴露在环境中吸水分。烘干后的极片在非干燥间环境下进行卷绕 装配，在空气中暴露的时间较长，导致电池极组水分含量较高， 而且在注液前对电池进行100oC/24h真空烘干的工艺除水能力有 限，不能有效地除去负极片中的水分，烘干前电池负极水分含量 600ppm左右，烘干后负极水分含量为450ppm左右。
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▶ D3 CTQ
内部顾客
制制造造部部
内内部部顾顾客客
提高产品性能
安全 速度 成本
Lean 精益
DMA I C
外部顾客
三三星星、、OOPPPPOO等等客客户户
外外部部顾顾客客
满足客户要求
本本项项目目CCTTQQ：：控控制制水水分分，，提提高高产产品品安安全全性性
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安全 速度 成本
Lean 精益
DMA I C
图 7 不同含水量新电池的气体成分
图 8不同含水量电池室温循环200次 后的气体成分
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▶ A1 阶段 水分对电池循环过程中产生气体成分的影响
含水量高电池的气体来源反应：
安全 速度 成本
Lean 精益
DMA I C
环性能开始表现出一定的衰
减，而且电池的一致性变差， 经过200次循环容量衰减致800 mAh以下，水分含量增加至 333.9 ppm时，循环性能衰减 更为严重，超过120次后，电 池的容量迅速衰减，经过200 次循环电池的容量衰减致600 mAh左右，水分增加到500.2 ppm，电池的循环性能非常 差，循环次数超过70次后，性 能开始急剧下降，200次循环 容量衰减达50%以上。
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▶ A2 阶段 水分对正极材料结构稳定性影响XRD（ 45 oC 循环） D M A I C
图10 不同含水量电池45 oC100 次充放电循环后正极XRD谱图
经过高温循环后钴酸锂的 003、104特征峰的相对强 度发生了明显减小，说明钴 酸锂的稳定结构在高温循环 的条件下发生了变化，这也 是造成电池在45oC进行充 放电循环试验过程中，性能 迅速衰减的重要原因。
图9 不同含水量电池常温 200循环后正极XRD谱图
所有的衍射峰与LiCoO2标准 卡片位置基本吻合，说明循环 后的LiCoO2的主体结构没有 发生明显的变化。45.5o的衍 射峰对应于LiCoO2的104晶面。 但是从图中003和104晶面的 峰相对强度可以看出，不同含 水量电池经过循环后的峰强度 发生变化，水分含量越多003 晶面峰强度降低越明显，这一 现象说明水分对电池循环过程 中正极的稳定性（颗粒表面） 有一定的影响，水分含量越 高，对正极表面活性物质的破 坏越严重。
2009.6月
改善现有卷绕及烘干工 艺，降低水溶剂电池的含
水量
2009.6月
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