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一、引言

金屬顆粒的存在是影響鋰電池性能和安全性的一個(gè)重要因素，深入研究其作用機(jī)制和相應(yīng)的抑制策略具有重要的理論和實(shí)際意義且在《鋰離子電池正極材料的質(zhì)量管理》指出，鋰離子電池性能與正負(fù)極材料質(zhì)量相關(guān)。金屬雜質(zhì)會(huì)致電池自放電、失效甚至熱失控，檢測(cè)原材料異物很重要。

二、金屬顆粒對(duì)鋰電池的負(fù)面影響

（一）引發(fā)內(nèi)部微短路與自放電加速

1. 金屬顆粒作為導(dǎo)電異物進(jìn)入電池后，可能刺穿隔膜或在正負(fù)極間形成導(dǎo)電橋，導(dǎo)致局部微短路。

2. 在電池化成階段，金屬雜質(zhì)在電解液中發(fā)生氧化還原反應(yīng)，正極中的金屬被氧化后遷移至負(fù)極還原為單質(zhì)金屬，反復(fù)沉積形成尖刺狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步刺穿隔膜，引發(fā)更嚴(yán)重的自放電和能量損失。
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（二）催化副反應(yīng)與電解質(zhì)分解

1. 電解液分解產(chǎn)生的 HF 與金屬鐵反應(yīng)生成導(dǎo)電性差的化合物，破壞 SEI 膜穩(wěn)定性。

2. 金屬離子在正負(fù)極間穿梭，持續(xù)消耗活性鋰離子，導(dǎo)致容量衰減。

3. 金屬催化電解液分解產(chǎn)氣，增加內(nèi)壓，同時(shí)釋放熱量可能引發(fā)熱失控鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。

（三）促進(jìn)枝晶生長(zhǎng)與結(jié)構(gòu)破壞    

1. 金屬顆粒作為異質(zhì)形核點(diǎn)，加劇鋰/銅枝晶的生長(zhǎng)，鋰枝晶刺穿隔膜造成惡性短路，銅枝晶穿刺風(fēng)險(xiǎn)更高。

2. 枝晶生長(zhǎng)引發(fā)電極材料體積膨脹，導(dǎo)致活性物質(zhì)粉化脫落，加速容量衰減。

（四）惡化電化學(xué)性能

1. 金屬反應(yīng)產(chǎn)物堵塞電極孔隙，阻礙鋰離子傳輸，劣化電子導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致內(nèi)阻增加。

2. 局部電流密度不均導(dǎo)致過(guò)電位升高，極化加劇，降低能量效率。

3. 金屬雜質(zhì)引發(fā)的副反應(yīng)不可逆消耗電解液和活性鋰，使循環(huán)壽命縮短。

（五）制造工藝相關(guān)影響

1. 極片分切產(chǎn)生的毛刺、焊接飛濺的金屬屑或環(huán)境粉塵污染等引入金屬顆粒。

2. 極片裁切邊緣的毛刺可能穿透常規(guī)隔膜。

3. 焊接工藝產(chǎn)生的金屬碎屑污染極耳區(qū)域，造成殼體短路。

4. 金屬顆粒降低隔膜擊穿電壓，增大局部電場(chǎng)強(qiáng)度。

三、抑制金屬顆粒負(fù)面影響的策略

1、材料凈化：控制電極材料金屬雜質(zhì)含量＜50ppm，硅含量一般要控制在10ppm以下；采用磁選、酸洗等預(yù)處理方法。

2、隔膜增強(qiáng)：使用陶瓷涂層隔膜（如 Al?O? 涂層）提升抗穿刺能力。

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：采用三維多孔集流體（如銅網(wǎng)）分散電流密度，抑制枝晶生長(zhǎng)。

4、電解液優(yōu)化：添加 LiPO?F? 等成膜劑，形成更穩(wěn)定的 SEI 層。

5、工藝控制：確保生產(chǎn)環(huán)境潔凈度達(dá) ISO 7 級(jí)以上，采用激光切割替代傳統(tǒng)分切以減少毛刺。

四、結(jié)論    

金屬顆粒對(duì)鋰電池的影響貫穿其電化學(xué)循環(huán)的全過(guò)程，從微觀反應(yīng)到宏觀失效均存在顯著關(guān)聯(lián)。通過(guò)對(duì)其作用機(jī)制的深入研究和采取有效的抑制策略，有望實(shí)現(xiàn)更安全、高性能的鋰電池設(shè)計(jì)。