降低锰酸锂产品中磁性物质含量的措施

2021-09-01谭壮璐杨英全李春流杨茂峰廖伟锋万维华

中国锰业 2021年4期

谭壮璐，杨英全，李春流，杨茂峰，林浩，廖伟锋，万维华

(南方锰业集团有限责任公司崇左分公司，广西崇左 532200)

0 前言

在现代高性能电池中，锂离子电池具有无记忆效应、无污染、输出电压高、体积小、能量密度高、循环性能优异等优势，广泛使用于电子工业、计算机、车用电池等领域[1]。在3C电池领域中，由于钴价较高，相比钴酸锂及三元材料，锰酸锂具有很高的性价比，市场需求强劲[2]。

正极材料中磁性物质的含量是影响锂离子电池安全问题的重要因素之一[3]。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[4-5]。当正极材料中存在微量的金属杂质(Fe、Cu、Cr、Zn等)时，尤其是单质铁，在电池制作过程中，其坚硬的棱角就会刺穿隔膜，造成电池自放电、鼓包，甚至引起电池短路导致内部温度高发生爆炸[6]。以锰酸锂生产线为例，分析产品中磁性物质引入源，并提出相应的改善措施。

1 磁性物质引入点

锰酸锂生产磁性物质引入分布简况见图1。

图1 锰酸锂生产磁性物质引入分布简况

通过对锰酸锂的原料及生产工艺全方面排查，结合图1分析，主要引入点有以下因素：①二氧化锰、碳酸锂、添加剂3种原料中磁性物质含量较高，能直接影响产品的质量；②生产中使用的原材料和中间产品的引进没有得到有效的监测，未设立防护措施来防止磁性物质的产生，厂房属于钢架结构且使用时间较长，含铁部件会腐蚀磨损；③车间5S管理不足，现场没有达到完全密闭状态，粉尘粘附外界异物会因车间气流作用漂浮到物料中，员工对产品中磁性异物的基础知识没有了解，携带金属异物进入车间，日常作业不规范，磁性物防范意识薄弱；④作业要求管控点少且方法不规范，除铁参数设置不当导致电磁除铁器对二氧化锰除铁效果不佳；⑤生产线大部分设备属于不锈钢材质，使用年份较久，设备部件间存在摩擦磨损、老化腐蚀导致金属杂质掉入产品中；⑥物料与设备间接触磨损，设备维修时会引入金属杂质。

2 改善措施

2.1 人员管理与培训

生产现场管理是质量管理的核心，也是质量管理的基础环节，做好生产现场的质量控制是每个生产型企业的重要工作。当存在违反操作规程的行为时，过程中很容易引入磁性物质。开展磁性物相关知识培训，使员工清楚磁性物引入源，培养员工质量意识、严谨的工作态度、高度的工作责任心，从而改掉不良的操作行为。通过会议强调5S现场管理的重要性，加强员工5S意识，引导员工按照5S的标准执行。

2.2 现场管理

现场环境，针对现场存在的金属异物，使用除磁车定期清扫；包装工序中严禁开门，避免人员或设备污染源进入车间引入磁性物质；排查各工序的下料口有无存在敞口现象，再使用塑料板遮住敞口。

人员管控，禁止员工携带与生产无关的金属物到生产线，应放置在员工储物柜内。最后设备维护，定期做好设备的保养工作，防止因部件破损引入金属碎片，并填写各项维修记录与日志；增加对物料运输管道的检查，对磨损严重的部件进行更换或涂层修复。

2.3 制度管理

对原材料建立新的品质要求，入厂须严格检测磁性物质，例如对二氧化锰中磁性物质含量的标准由低于12 000×10-9调至低于8 000×10-9，防止磁性异物含量过高而影响产品质量。

制定物料防护制度，对不同质量的二氧化锰进行分类分区堆放，避免交叉污染。对二氧化锰的包装袋先用磁棒吸附表面的异物，才能进入除铁工序，对所获得的废料及时处理。增加磁棒对混料及产品的排渣料检测，通过观察磁棒表面吸附金属的含量判断生产过程中是否引入了金属异物，起到监控作用。

建立除铁设备标准的作业程序，除铁工序是二氧化锰原料经过电磁除铁器进行除铁，之前二氧化锰经除铁后，未能有效降低磁性物质含量，针对此现象，对除铁参数(下料速度、磁场强度、排渣频率)开展DOE试验，通过试验确定除铁的最优参数，二氧化锰经过电磁除铁后磁性物含量从8 000×10-9降到3 000×10-9以下，除铁效果明显增强。

建立SPC过程控制，掌握生产过程中的异常波动，对异常点及时采取措施解决，并针对生产过程薄弱点采取有效的纠正措施与防范措施。