降低錳酸鋰產(chǎn)品中磁性物質(zhì)含量的措施

譚壯璐，楊英全，李春流，楊茂峰，林 浩，廖偉鋒，萬維華

(南方錳業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 崇左分公司，廣西 崇左 532200)

0 前 言

在現(xiàn)代高性能電池中，鋰離子電池具有無記憶效應(yīng)、無污染、輸出電壓高、體積小、能量密度高、循環(huán)性能優(yōu)異等優(yōu)勢(shì)，廣泛使用于電子工業(yè)、計(jì)算機(jī)、車用電池等領(lǐng)域[1]。在3C電池領(lǐng)域中，由于鈷價(jià)較高，相比鈷酸鋰及三元材料，錳酸鋰具有很高的性價(jià)比，市場需求強(qiáng)勁[2]。

正極材料中磁性物質(zhì)的含量是影響鋰離子電池安全問題的重要因素之一[3]。磁性異物含量的高低已成為衡量鋰離子電池正極材料品質(zhì)高低的重要標(biāo)準(zhǔn)[4-5]。當(dāng)正極材料中存在微量的金屬雜質(zhì)(Fe、Cu、Cr、Zn等)時(shí)，尤其是單質(zhì)鐵，在電池制作過程中，其堅(jiān)硬的棱角就會(huì)刺穿隔膜，造成電池自放電、鼓包，甚至引起電池短路導(dǎo)致內(nèi)部溫度高發(fā)生爆炸[6]。以錳酸鋰生產(chǎn)線為例，分析產(chǎn)品中磁性物質(zhì)引入源，并提出相應(yīng)的改善措施。

1 磁性物質(zhì)引入點(diǎn)

錳酸鋰生產(chǎn)磁性物質(zhì)引入分布簡況見圖1。

圖1 錳酸鋰生產(chǎn)磁性物質(zhì)引入分布簡況

通過對(duì)錳酸鋰的原料及生產(chǎn)工藝全方面排查，結(jié)合圖1分析，主要引入點(diǎn)有以下因素：①二氧化錳、碳酸鋰、添加劑3種原料中磁性物質(zhì)含量較高，能直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量；②生產(chǎn)中使用的原材料和中間產(chǎn)品的引進(jìn)沒有得到有效的監(jiān)測，未設(shè)立防護(hù)措施來防止磁性物質(zhì)的產(chǎn)生，廠房屬于鋼架結(jié)構(gòu)且使用時(shí)間較長，含鐵部件會(huì)腐蝕磨損；③車間5S管理不足，現(xiàn)場沒有達(dá)到完全密閉狀態(tài)，粉塵粘附外界異物會(huì)因車間氣流作用漂浮到物料中，員工對(duì)產(chǎn)品中磁性異物的基礎(chǔ)知識(shí)沒有了解，攜帶金屬異物進(jìn)入車間，日常作業(yè)不規(guī)范，磁性物防范意識(shí)薄弱；④作業(yè)要求管控點(diǎn)少且方法不規(guī)范，除鐵參數(shù)設(shè)置不當(dāng)導(dǎo)致電磁除鐵器對(duì)二氧化錳除鐵效果不佳；⑤生產(chǎn)線大部分設(shè)備屬于不銹鋼材質(zhì)，使用年份較久，設(shè)備部件間存在摩擦磨損、老化腐蝕導(dǎo)致金屬雜質(zhì)掉入產(chǎn)品中；⑥物料與設(shè)備間接觸磨損，設(shè)備維修時(shí)會(huì)引入金屬雜質(zhì)。

2 改善措施

2.1 人員管理與培訓(xùn)

生產(chǎn)現(xiàn)場管理是質(zhì)量管理的核心，也是質(zhì)量管理的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，做好生產(chǎn)現(xiàn)場的質(zhì)量控制是每個(gè)生產(chǎn)型企業(yè)的重要工作。當(dāng)存在違反操作規(guī)程的行為時(shí)，過程中很容易引入磁性物質(zhì)。開展磁性物相關(guān)知識(shí)培訓(xùn)，使員工清楚磁性物引入源，培養(yǎng)員工質(zhì)量意識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度、高度的工作責(zé)任心，從而改掉不良的操作行為。通過會(huì)議強(qiáng)調(diào)5S現(xiàn)場管理的重要性，加強(qiáng)員工5S意識(shí)，引導(dǎo)員工按照5S的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

2.2 現(xiàn)場管理

現(xiàn)場環(huán)境，針對(duì)現(xiàn)場存在的金屬異物，使用除磁車定期清掃；包裝工序中嚴(yán)禁開門，避免人員或設(shè)備污染源進(jìn)入車間引入磁性物質(zhì)；排查各工序的下料口有無存在敞口現(xiàn)象，再使用塑料板遮住敞口。

人員管控，禁止員工攜帶與生產(chǎn)無關(guān)的金屬物到生產(chǎn)線，應(yīng)放置在員工儲(chǔ)物柜內(nèi)。最后設(shè)備維護(hù)，定期做好設(shè)備的保養(yǎng)工作，防止因部件破損引入金屬碎片，并填寫各項(xiàng)維修記錄與日志；增加對(duì)物料運(yùn)輸管道的檢查，對(duì)磨損嚴(yán)重的部件進(jìn)行更換或涂層修復(fù)。

2.3 制度管理

對(duì)原材料建立新的品質(zhì)要求，入廠須嚴(yán)格檢測磁性物質(zhì)，例如對(duì)二氧化錳中磁性物質(zhì)含量的標(biāo)準(zhǔn)由低于12 000×10-9調(diào)至低于8 000×10-9，防止磁性異物含量過高而影響產(chǎn)品質(zhì)量。

制定物料防護(hù)制度，對(duì)不同質(zhì)量的二氧化錳進(jìn)行分類分區(qū)堆放，避免交叉污染。對(duì)二氧化錳的包裝袋先用磁棒吸附表面的異物，才能進(jìn)入除鐵工序，對(duì)所獲得的廢料及時(shí)處理。增加磁棒對(duì)混料及產(chǎn)品的排渣料檢測，通過觀察磁棒表面吸附金屬的含量判斷生產(chǎn)過程中是否引入了金屬異物，起到監(jiān)控作用。

建立除鐵設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的作業(yè)程序，除鐵工序是二氧化錳原料經(jīng)過電磁除鐵器進(jìn)行除鐵，之前二氧化錳經(jīng)除鐵后，未能有效降低磁性物質(zhì)含量，針對(duì)此現(xiàn)象，對(duì)除鐵參數(shù)(下料速度、磁場強(qiáng)度、排渣頻率)開展DOE試驗(yàn)，通過試驗(yàn)確定除鐵的最優(yōu)參數(shù)，二氧化錳經(jīng)過電磁除鐵后磁性物含量從8 000×10-9降到3 000×10-9以下，除鐵效果明顯增強(qiáng)。

建立SPC過程控制，掌握生產(chǎn)過程中的異常波動(dòng)，對(duì)異常點(diǎn)及時(shí)采取措施解決，并針對(duì)生產(chǎn)過程薄弱點(diǎn)采取有效的糾正措施與防范措施。

3 改進(jìn)效果

顯微鏡下改善前、改善后產(chǎn)品形狀見圖2。

圖2 顯微鏡下產(chǎn)品形狀

通過圖2可看出：改善后的產(chǎn)品中存在的金屬雜質(zhì)減少，錳酸鋰純度提高。

改善前錳酸鋰產(chǎn)品中磁性異物含量、改善后錳酸鋰產(chǎn)品中磁性物質(zhì)含量分別見圖3～4。

圖3 改善前錳酸鋰產(chǎn)品中磁性異物含量

圖4 改善后錳酸鋰產(chǎn)品中磁性物質(zhì)含量

由圖3～4可知：所有改善措施切入后，錳酸鋰中磁性物含量由原有的7 000×10-9水平降至1 200×10-9左右，并且所有的點(diǎn)都在上限范圍內(nèi)，改善起到顯著效果。

4 結(jié) 語

通過羅列出錳酸鋰產(chǎn)品中磁性物質(zhì)的引入點(diǎn)，對(duì)人員管理、現(xiàn)場管理及制度管理等幾個(gè)方面改進(jìn)，錳酸鋰中磁性物質(zhì)的含量明顯降低，達(dá)到行業(yè)標(biāo)桿水平。