鎳鈷錳三元正極材料前驅體磁性異物的質量管理

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 513056）

隨著全球電動化進程的加速，數碼電子產品普及和新能源汽車的大力推廣，鋰離子電池市場也隨之快速發展。鎳鈷錳三元正極材料是鋰離子電池產業前進的基礎和核心，直接影響了電池能量密度、循環特性、安全性及成本等核心指標。正極材料中的磁性異物的控制是解決鋰電池安全問題的關鍵之一[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高低的重要標準。鋰離子電池正極材料中的磁性異物（如鐵、鋅、鉻元素）在充電過程中會溶解，逐漸在負極形成枝晶，導致隔膜穿孔，造成電池內部短路，導致電池自放電、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體混鋰后經高溫固相法合成的，前驅體性能的優劣直接決定三元材料性能的品質[3,4]，因此，在生產過程中必須嚴格把控鋰離子電池正極材料前驅體中磁性異物。

本文以鎳鈷錳三元系鋰離子電池正極材料前驅體生產工藝出發，針對采用均相共沉淀法[5]制備三元正極材料前驅體的生產過程，提出了一些管理制度、操作規范和預防措施，為生產高質量水平的正極材料前驅體的有序性創造條件。

1 加強作業人員的管理及培訓

現在，國內外鋰離子電池廠家對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正極材料前驅體中的磁性異物含量通常要求一般為小于50ppb，使之避免風險。如此之高的要求則代表著在生產制造過程中的每一個環節都必須減少或避免磁性異物的引入和傳遞，這相當于給對正極材料前驅體供應商的現場質量管理水平和生產設備自動化程度提出了更高要求。

前驅體制備過程為連續生產過程，人員是關鍵因素，企業需要合理配置人力資源，建立良好的倒班、交班制度，調整員工的工作強度。另外還需重視作業人員的工作狀態及心理狀況，長期倒班會容易使員工產生心理性或生理性疲勞，需可適當安排輔導和室外拓展活動，降低心理員工負擔和壓力。

為保證員工能以安全生產規范為準則實行生產，則必須立足各生產崗位實際情況，全面構建的安全、品質、現場管理等相關標準，加強員工培訓力度，加強對各個生產環節的檢查和驗收，促使員工能在生產過程盡心合作、極力配合、按照標準作業。且培訓實施后應對培訓有效性進行分析，評價每次培訓達到目標的情況，對經培訓后未達到目標的員工作為再培訓的對象，必要時優勝劣汰，只有這樣才能培養員工養成嚴謹的工作態度，高度的工作責任心，做好生產過程中磁性異物引入隱患的預防。

2 加強現場管理

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

為避免上述問題引入磁性異物，首先從人員管控開始，應禁止車間員工攜帶與生產無關的金屬異物進入車間，生產過程應著工作服、工作鞋、口罩、手套等勞保用品。其次在生產過程則需要根據鎳鈷錳三種原料帶入磁性異物導致最終產品中磁性異物的經驗值，設定原料的品質要求，并加強原料使用過程管控，保證其含量在規定的范圍內。最后包裝作業過程嚴禁開門開窗，應避免帶有污染源的人員及設備進入車間；噸包放料到指定重量后，及時取樣分析，封口包裝，避免污染。

3 加強制度建設及規范管理

企業需要制度，制度是管理、協調企業與員工關系的最有效手段。完善的制度和規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、員工與領導之間進行有效的溝通，使企業內部之間的工作失誤降到最低。第一是要建立物料防護制度。特別在進行設備、線路、地面、墻面和管件維修及時將物料做好防護、隔離，避免污染。車間人員在清理除磁設備所俘獲的磁性物質時，應在隔離室作業，及時將所得磁性物清理，避免二次污染。第二是建立設備點檢制度，要求作業人員在生產過程中定時檢查設備、管件。對具有除磁功能的設備和管道定期清理，強化除磁效果。應避免與過程物料直接接觸的設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的帶入前驅體生產的過程產物中。做到及時發現問題，及時處理問題，高效生產。第三是要建立全面的車間工作要求細則，培養員工的質量安全意識，使其自覺遵守并營造一個安全生產的車間環境。促使員工能夠真正理解磁性異物危險源與安全預控措施之間的關系，使得員工能夠準確判斷隱患所在。第四是建立除磁設備的標準作業程序，特別是電磁除鐵器，需要根據物料類型的變化，調整相應的工藝參數，定期檢測磁場強度、油泵工作狀態，以求達到除磁徹底的目的。第五是要建立PDCA（戴明環）質量管理模式，在鎳鈷錳三元前驅體最終是要應用到電池領域，我們必須將前驅體生產的環節做到精細化管理，針對磁性異物超標問題，先做好計劃，然后實施，實施過程中進行檢查，最后根據檢查結果進行處理，并將成功的經驗加以重復校準而后推廣、標準化，過程將未解決的問題推到下一個的PDCA循環，及到問題解決。第六是在建立制度的時候要立足生產實際，將類別程序細化，制度的內容要量化，并做出相應考核細則，明令禁止。

4 總結

綜上所述，做好鎳鈷錳三元前驅體磁性異物的質量管理，就是為三元鋰電池的質量保駕護航。通過結合生產實踐經驗對這些常見導致產品磁性異物超標的原因進行了剖析，提出了從完善前驅體生產過程作業人員培養和管理、加強生產現場管理到構建有效的制度和標準規范，形成完善的安全生產管理制度，推動企業生產精細化、標準化，并持續改進，才能確保產品磁性異物可控、產品安全可靠、一致性好，及時消除產品質量隱患，為有序性生產創造條件。