镍钴锰三元正极材料前驱体磁性异物的质量管理

郭 翔，冉建军，毕东亚，黄亚祥

（广东佳纳能源科技有限公司，广东 清远 513056）

随着全球电动化进程的加速，数码电子产品普及和新能源汽车的大力推广，锂离子电池市场也随之快速发展。镍钴锰三元正极材料是锂离子电池产业前进的基础和核心，直接影响了电池能量密度、循环特性、安全性及成本等核心指标。正极材料中的磁性异物的控制是解决锂电池安全问题的关键之一[1]。磁性异物含量的高低已成为衡量锂离子电池正极材料品质高低的重要标准。锂离子电池正极材料中的磁性异物（如铁、锌、铬元素）在充电过程中会溶解，逐渐在负极形成枝晶，导致隔膜穿孔，造成电池内部短路，导致电池自放电、甚至起火、爆炸[2]。而锂离子电池镍钴锰三元正极材料是由镍钴锰三元前驱体混锂后经高温固相法合成的，前驱体性能的优劣直接决定三元材料性能的品质[3,4]，因此，在生产过程中必须严格把控锂离子电池正极材料前驱体中磁性异物。

本文以镍钴锰三元系锂离子电池正极材料前驱体生产工艺出发，针对采用均相共沉淀法[5]制备三元正极材料前驱体的生产过程，提出了一些管理制度、操作规范和预防措施，为生产高质量水平的正极材料前驱体的有序性创造条件。

1 加强作业人员的管理及培训

现在，国内外锂离子电池厂家对正极材料中磁性异物的含量要求一般为小于100ppb，而锂离子电池正极材料厂家对正极材料前驱体中的磁性异物含量通常要求一般为小于50ppb，使之避免风险。如此之高的要求则代表着在生产制造过程中的每一个环节都必须减少或避免磁性异物的引入和传递，这相当于给对正极材料前驱体供应商的现场质量管理水平和生产设备自动化程度提出了更高要求。

前驱体制备过程为连续生产过程，人员是关键因素，企业需要合理配置人力资源，建立良好的倒班、交班制度，调整员工的工作强度。另外还需重视作业人员的工作状态及心理状况，长期倒班会容易使员工产生心理性或生理性疲劳，需可适当安排辅导和室外拓展活动，降低心理员工负担和压力。

为保证员工能以安全生产规范为准则实行生产，则必须立足各生产岗位实际情况，全面构建的安全、品质、现场管理等相关标准，加强员工培训力度，加强对各个生产环节的检查和验收，促使员工能在生产过程尽心合作、极力配合、按照标准作业。且培训实施后应对培训有效性进行分析，评价每次培训达到目标的情况，对经培训后未达到目标的员工作为再培训的对象，必要时优胜劣汰，只有这样才能培养员工养成严谨的工作态度，高度的工作责任心，做好生产过程中磁性异物引入隐患的预防。

2 加强现场管理

共沉淀法制备镍钴锰三元正极材料前驱体的生产流程主要分为配料、共沉淀、洗涤、烘干、包装五大工序。从磁性异物引入产品角度分析，铜、锌、铁、铬等金属单质的引入可分为三大类，第一为作业人员引入；第二为原材料引入即在配料过程镍钴锰三种原料的带入；第三为生产过程中相关金属设备带入。

为避免上述问题引入磁性异物，首先从人员管控开始，应禁止车间员工携带与生产无关的金属异物进入车间，生产过程应着工作服、工作鞋、口罩、手套等劳保用品。其次在生产过程则需要根据镍钴锰三种原料带入磁性异物导致最终产品中磁性异物的经验值，设定原料的品质要求，并加强原料使用过程管控，保证其含量在规定的范围内。最后包装作业过程严禁开门开窗，应避免带有污染源的人员及设备进入车间；吨包放料到指定重量后，及时取样分析，封口包装，避免污染。

3 加强制度建设及规范管理

企业需要制度，制度是管理、协调企业与员工关系的最有效手段。完善的制度和规范有利于员工迅速掌握自己需要的工作技能，也有利于员工与员工之间、员工与领导之间进行有效的沟通，使企业内部之间的工作失误降到最低。第一是要建立物料防护制度。特别在进行设备、线路、地面、墙面和管件维修及时将物料做好防护、隔离，避免污染。车间人员在清理除磁设备所俘获的磁性物质时，应在隔离室作业，及时将所得磁性物清理，避免二次污染。第二是建立设备点检制度，要求作业人员在生产过程中定时检查设备、管件。对具有除磁功能的设备和管道定期清理，强化除磁效果。应避免与过程物料直接接触的设备零部件磨损与老化、管道的跑冒滴漏及支架的腐蚀造成微量金属单质的带入前驱体生产的过程产物中。做到及时发现问题，及时处理问题，高效生产。第三是要建立全面的车间工作要求细则，培养员工的质量安全意识，使其自觉遵守并营造一个安全生产的车间环境。促使员工能够真正理解磁性异物危险源与安全预控措施之间的关系，使得员工能够准确判断隐患所在。第四是建立除磁设备的标准作业程序，特别是电磁除铁器，需要根据物料类型的变化，调整相应的工艺参数，定期检测磁场强度、油泵工作状态，以求达到除磁彻底的目的。第五是要建立PDCA（戴明环）质量管理模式，在镍钴锰三元前驱体最终是要应用到电池领域，我们必须将前驱体生产的环节做到精细化管理，针对磁性异物超标问题，先做好计划，然后实施，实施过程中进行检查，最后根据检查结果进行处理，并将成功的经验加以重复校准而后推广、标准化，过程将未解决的问题推到下一个的PDCA循环，及到问题解决。第六是在建立制度的时候要立足生产实际，将类别程序细化，制度的内容要量化，并做出相应考核细则，明令禁止。

4 总结

综上所述，做好镍钴锰三元前驱体磁性异物的质量管理，就是为三元锂电池的质量保驾护航。通过结合生产实践经验对这些常见导致产品磁性异物超标的原因进行了剖析，提出了从完善前驱体生产过程作业人员培养和管理、加强生产现场管理到构建有效的制度和标准规范，形成完善的安全生产管理制度，推动企业生产精细化、标准化，并持续改进，才能确保产品磁性异物可控、产品安全可靠、一致性好，及时消除产品质量隐患，为有序性生产创造条件。