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)
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,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。
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)。
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。
現(xiàn)場環(huán)境,針對現(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;增加對物料運(yùn)輸管道的檢查,對磨損嚴(yán)重的部件進(jìn)行更換或涂層修復(fù)。
對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,對所獲得的廢料及時(shí)處理。增加磁棒對混料及產(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,針對此現(xiàn)象,對除鐵參數(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),對異常點(diǎn)及時(shí)采取措施解決,并針對生產(chǎn)過程薄弱點(diǎn)采取有效的糾正措施與防范措施。
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。
通過羅列出錳酸鋰產(chǎn)品中磁性物質(zhì)的引入點(diǎn),對人員管理、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。