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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重要因素，深入研究其作用機制和相應的抑制策略具有重要的理論和實際意義且在《鋰離子電池正極材料的質量管理》指出，鋰離子電池性能與正負極材料質量相關。金屬雜質會致電池自放電、失效甚至熱失控，檢測原材料異物很重要。

二、金屬顆粒對鋰電池的負面影響

（一）引發(fā)內(nèi)部微短路與自放電加速

1. 金屬顆粒作為導電異物進入電池后，可能刺穿隔膜或在正負極間形成導電橋，導致局部微短路。

2. 在電池化成階段，金屬雜質在電解液中發(fā)生氧化還原反應，正極中的金屬被氧化后遷移至負極還原為單質金屬，反復沉積形成尖刺狀結構，進一步刺穿隔膜，引發(fā)更嚴重的自放電和能量損失。
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（二）催化副反應與電解質分解

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

2. 金屬離子在正負極間穿梭，持續(xù)消耗活性鋰離子，導致容量衰減。

3. 金屬催化電解液分解產(chǎn)氣，增加內(nèi)壓，同時釋放熱量可能引發(fā)熱失控鏈式反應。

（三）促進枝晶生長與結構破壞    

1. 金屬顆粒作為異質形核點，加劇鋰/銅枝晶的生長，鋰枝晶刺穿隔膜造成惡性短路，銅枝晶穿刺風險更高。

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

（四）惡化電化學性能

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

2. 局部電流密度不均導致過電位升高，極化加劇，降低能量效率。

3. 金屬雜質引發(fā)的副反應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，增大局部電場強度。

三、抑制金屬顆粒負面影響的策略

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

2、隔膜增強：使用陶瓷涂層隔膜（如 Al?O? 涂層）提升抗穿刺能力。

3、結構設計：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。

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 ISO 7 級以上，采用激光切割替代傳統(tǒng)分切以減少毛刺。

四、結論    

金屬顆粒對鋰電池的影響貫穿其電化學循環(huán)的全過程，從微觀反應到宏觀失效均存在顯著關聯(lián)。通過對其作用機制的深入研究和采取有效的抑制策略，有望實現(xiàn)更安全、高性能的鋰電池設計。