鎳鈷錳三元正極材料前驅(qū)體磁性異物的質(zhì)量管理

郭 翔，冉建軍，畢東亞，黃亞祥

（廣東佳納能源科技有限公司，廣東 清遠(yuǎn) 513056）

隨著全球電動(dòng)化進(jìn)程的加速，數(shù)碼電子產(chǎn)品普及和新能源汽車(chē)的大力推廣，鋰離子電池市場(chǎng)也隨之快速發(fā)展。鎳鈷錳三元正極材料是鋰離子電池產(chǎn)業(yè)前進(jìn)的基礎(chǔ)和核心，直接影響了電池能量密度、循環(huán)特性、安全性及成本等核心指標(biāo)。正極材料中的磁性異物的控制是解決鋰電池安全問(wèn)題的關(guān)鍵之一[1]。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)。鋰離子電池正極材料中的磁性異物（如鐵、鋅、鉻元素）在充電過(guò)程中會(huì)溶解，逐漸在負(fù)極形成枝晶，導(dǎo)致隔膜穿孔，造成電池內(nèi)部短路，導(dǎo)致電池自放電、甚至起火、爆炸[2]。而鋰離子電池鎳鈷錳三元正極材料是由鎳鈷錳三元前驅(qū)體混鋰后經(jīng)高溫固相法合成的，前驅(qū)體性能的優(yōu)劣直接決定三元材料性能的品質(zhì)[3,4]，因此，在生產(chǎn)過(guò)程中必須嚴(yán)格把控鋰離子電池正極材料前驅(qū)體中磁性異物。

本文以鎳鈷錳三元系鋰離子電池正極材料前驅(qū)體生產(chǎn)工藝出發(fā)，針對(duì)采用均相共沉淀法[5]制備三元正極材料前驅(qū)體的生產(chǎn)過(guò)程，提出了一些管理制度、操作規(guī)范和預(yù)防措施，為生產(chǎn)高質(zhì)量水平的正極材料前驅(qū)體的有序性創(chuàng)造條件。

1 加強(qiáng)作業(yè)人員的管理及培訓(xùn)

現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)外鋰離子電池廠家對(duì)正極材料中磁性異物的含量要求一般為小于100ppb，而鋰離子電池正極材料廠家對(duì)正極材料前驅(qū)體中的磁性異物含量通常要求一般為小于50ppb，使之避免風(fēng)險(xiǎn)。如此之高的要求則代表著在生產(chǎn)制造過(guò)程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)都必須減少或避免磁性異物的引入和傳遞，這相當(dāng)于給對(duì)正極材料前驅(qū)體供應(yīng)商的現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管理水平和生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化程度提出了更高要求。

前驅(qū)體制備過(guò)程為連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程，人員是關(guān)鍵因素，企業(yè)需要合理配置人力資源，建立良好的倒班、交班制度，調(diào)整員工的工作強(qiáng)度。另外還需重視作業(yè)人員的工作狀態(tài)及心理狀況，長(zhǎng)期倒班會(huì)容易使員工產(chǎn)生心理性或生理性疲勞，需可適當(dāng)安排輔導(dǎo)和室外拓展活動(dòng)，降低心理員工負(fù)擔(dān)和壓力。

為保證員工能以安全生產(chǎn)規(guī)范為準(zhǔn)則實(shí)行生產(chǎn)，則必須立足各生產(chǎn)崗位實(shí)際情況，全面構(gòu)建的安全、品質(zhì)、現(xiàn)場(chǎng)管理等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)員工培訓(xùn)力度，加強(qiáng)對(duì)各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的檢查和驗(yàn)收，促使員工能在生產(chǎn)過(guò)程盡心合作、極力配合、按照標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)。且培訓(xùn)實(shí)施后應(yīng)對(duì)培訓(xùn)有效性進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)每次培訓(xùn)達(dá)到目標(biāo)的情況，對(duì)經(jīng)培訓(xùn)后未達(dá)到目標(biāo)的員工作為再培訓(xùn)的對(duì)象，必要時(shí)優(yōu)勝劣汰，只有這樣才能培養(yǎng)員工養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，高度的工作責(zé)任心，做好生產(chǎn)過(guò)程中磁性異物引入隱患的預(yù)防。

2 加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理

共沉淀法制備鎳鈷錳三元正極材料前驅(qū)體的生產(chǎn)流程主要分為配料、共沉淀、洗滌、烘干、包裝五大工序。從磁性異物引入產(chǎn)品角度分析，銅、鋅、鐵、鉻等金屬單質(zhì)的引入可分為三大類(lèi)，第一為作業(yè)人員引入；第二為原材料引入即在配料過(guò)程鎳鈷錳三種原料的帶入；第三為生產(chǎn)過(guò)程中相關(guān)金屬設(shè)備帶入。

為避免上述問(wèn)題引入磁性異物，首先從人員管控開(kāi)始，應(yīng)禁止車(chē)間員工攜帶與生產(chǎn)無(wú)關(guān)的金屬異物進(jìn)入車(chē)間，生產(chǎn)過(guò)程應(yīng)著工作服、工作鞋、口罩、手套等勞保用品。其次在生產(chǎn)過(guò)程則需要根據(jù)鎳鈷錳三種原料帶入磁性異物導(dǎo)致最終產(chǎn)品中磁性異物的經(jīng)驗(yàn)值，設(shè)定原料的品質(zhì)要求，并加強(qiáng)原料使用過(guò)程管控，保證其含量在規(guī)定的范圍內(nèi)。最后包裝作業(yè)過(guò)程嚴(yán)禁開(kāi)門(mén)開(kāi)窗，應(yīng)避免帶有污染源的人員及設(shè)備進(jìn)入車(chē)間；噸包放料到指定重量后，及時(shí)取樣分析，封口包裝，避免污染。

3 加強(qiáng)制度建設(shè)及規(guī)范管理

企業(yè)需要制度，制度是管理、協(xié)調(diào)企業(yè)與員工關(guān)系的最有效手段。完善的制度和規(guī)范有利于員工迅速掌握自己需要的工作技能，也有利于員工與員工之間、員工與領(lǐng)導(dǎo)之間進(jìn)行有效的溝通，使企業(yè)內(nèi)部之間的工作失誤降到最低。第一是要建立物料防護(hù)制度。特別在進(jìn)行設(shè)備、線路、地面、墻面和管件維修及時(shí)將物料做好防護(hù)、隔離，避免污染。車(chē)間人員在清理除磁設(shè)備所俘獲的磁性物質(zhì)時(shí)，應(yīng)在隔離室作業(yè)，及時(shí)將所得磁性物清理，避免二次污染。第二是建立設(shè)備點(diǎn)檢制度，要求作業(yè)人員在生產(chǎn)過(guò)程中定時(shí)檢查設(shè)備、管件。對(duì)具有除磁功能的設(shè)備和管道定期清理，強(qiáng)化除磁效果。應(yīng)避免與過(guò)程物料直接接觸的設(shè)備零部件磨損與老化、管道的跑冒滴漏及支架的腐蝕造成微量金屬單質(zhì)的帶入前驅(qū)體生產(chǎn)的過(guò)程產(chǎn)物中。做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)處理問(wèn)題，高效生產(chǎn)。第三是要建立全面的車(chē)間工作要求細(xì)則，培養(yǎng)員工的質(zhì)量安全意識(shí)，使其自覺(jué)遵守并營(yíng)造一個(gè)安全生產(chǎn)的車(chē)間環(huán)境。促使員工能夠真正理解磁性異物危險(xiǎn)源與安全預(yù)控措施之間的關(guān)系，使得員工能夠準(zhǔn)確判斷隱患所在。第四是建立除磁設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序，特別是電磁除鐵器，需要根據(jù)物料類(lèi)型的變化，調(diào)整相應(yīng)的工藝參數(shù)，定期檢測(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度、油泵工作狀態(tài)，以求達(dá)到除磁徹底的目的。第五是要建立PDCA（戴明環(huán)）質(zhì)量管理模式，在鎳鈷錳三元前驅(qū)體最終是要應(yīng)用到電池領(lǐng)域，我們必須將前驅(qū)體生產(chǎn)的環(huán)節(jié)做到精細(xì)化管理，針對(duì)磁性異物超標(biāo)問(wèn)題，先做好計(jì)劃，然后實(shí)施，實(shí)施過(guò)程中進(jìn)行檢查，最后根據(jù)檢查結(jié)果進(jìn)行處理，并將成功的經(jīng)驗(yàn)加以重復(fù)校準(zhǔn)而后推廣、標(biāo)準(zhǔn)化，過(guò)程將未解決的問(wèn)題推到下一個(gè)的PDCA循環(huán)，及到問(wèn)題解決。第六是在建立制度的時(shí)候要立足生產(chǎn)實(shí)際，將類(lèi)別程序細(xì)化，制度的內(nèi)容要量化，并做出相應(yīng)考核細(xì)則，明令禁止。

4 總結(jié)

綜上所述，做好鎳鈷錳三元前驅(qū)體磁性異物的質(zhì)量管理，就是為三元鋰電池的質(zhì)量保駕護(hù)航。通過(guò)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)這些常見(jiàn)導(dǎo)致產(chǎn)品磁性異物超標(biāo)的原因進(jìn)行了剖析，提出了從完善前驅(qū)體生產(chǎn)過(guò)程作業(yè)人員培養(yǎng)和管理、加強(qiáng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理到構(gòu)建有效的制度和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，形成完善的安全生產(chǎn)管理制度，推動(dòng)企業(yè)生產(chǎn)精細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化，并持續(xù)改進(jìn)，才能確保產(chǎn)品磁性異物可控、產(chǎn)品安全可靠、一致性好，及時(shí)消除產(chǎn)品質(zhì)量隱患，為有序性生產(chǎn)創(chuàng)造條件。