碳化鎢涂層能否降低鋰電材料磁性異物PPB值
2018-11-27 15:05:27 點擊：
一篇文章報道，國內(nèi)天津一電池廠家進口氫化鎳鈷鋁鋰材料，因為磁性異物數(shù)值超標不能使用被退貨處理，PPB數(shù)值超標的現(xiàn)象發(fā)生不僅影響供貨商的收益及名譽，也將影響鋰電池、正極材料的生產(chǎn)廠家甚至電動汽車、手機廠家的生產(chǎn)進展。
圖（1）進口電池磁性異物超標被查
傳統(tǒng)能源導致全球氣溫變化和環(huán)境污染，能源的供給側(cè)改革逐漸提上日程。有些國家已經(jīng)制定了傳統(tǒng)能源汽車退出歷史舞臺的時間表，那么既能夠給汽車提供動力支持，又能夠有效的降低大氣污染，選擇什么材料呢？鋰電池在乘用車領(lǐng)域的發(fā)光發(fā)熱可謂是應(yīng)運而生，迅速火遍全球。而政策性支持使我國新能源企業(yè)，如雨后春筍般遍地開花。而鋰電池的組成分為：正極材料、電池隔膜、負極材料、電解液、電池殼等五個部分。其中決定鋰電池質(zhì)量、成本和安全性的關(guān)鍵點在是正極材料，而正極材料品質(zhì)的關(guān)鍵點是振實密度和安全性，隨著三元材料生產(chǎn)技術(shù)的成熟，高鎳的三元材料已經(jīng)逐漸占領(lǐng)了正極材料市場主導，振實密度問題除了有安全性、產(chǎn)品成本兩個方面需要完善以外，已經(jīng)基本解決了。而正極材料的安全性問題，有一個關(guān)鍵詞就是磁性異物，磁性異物要求很高，PPB數(shù)值盡可能低到幾個以內(nèi)。
磁性異物大概率講就是正極材料中有金屬雜質(zhì)的成分存在，例如鐵、鎳、鋅、鉻、銅等，還有前驅(qū)體、碳酸鋰、硫酸鎳、硫酸鈷、四氧化三鈷等正極原料生產(chǎn)過程中也要嚴格把關(guān)降低磁性異物。因為鋰電池化成階段的電壓遇到這些金屬元素的氧化還原電位后，這些金屬就會先在正極氧化再到負極還原，當負極處的金屬單質(zhì)累積到一定程度，其沉積金屬堅硬的棱角就會刺穿隔膜，造成電池自放電。自放電對鋰離子電池會造成致命的影響，鋰電池自燃甚至是爆炸，因而我們在新聞里看到的新能源汽車自燃爆炸、手機爆炸，多數(shù)都是因為鋰電池自放電現(xiàn)象造成的爆炸給人民的資產(chǎn)和人身安全的重大損失，因而從源頭上防止金屬異物的進入就顯得格外重要。
鋰離子電池材料對磁性異物的要求非常高，國內(nèi)電池廠家對鋰電池正極材料磁性異物含量的要求一般為100ppb左右，高端電池廠家對鋰離子電池正極材料中的磁性異物含量要求一般為50ppb左右，而國外動力電池公司對鋰離子電池正極材料中磁性異物含量的要求則更高，例如特斯拉上的正極材料要求磁性異物控制在10ppb以內(nèi)。目前國內(nèi)電池材料磁性異物一般控制在50ppb以內(nèi)，因為目前電池材料除磁性異物，一般只關(guān)注了干燥、篩分包裝等后處理工序，以污染了再治理的方式利用電磁除鐵器的方式除去磁性異物，電磁除鐵已成為生產(chǎn)正極材料的必經(jīng)工序，電磁除鐵機被普遍使用，但該設(shè)備對非磁性金屬物質(zhì)如銅、鋅等不起作用效果差，物料損耗大，成品率低。
圖（3）正極材料混料葉片表面噴涂碳化鎢涂層，涂層厚度0.3mm
但是碳化鎢涂層有3個問題讓電池材料生產(chǎn)商很是苦惱：
第一個問題：磨損周期短。因為碳化鎢涂層厚度只有0.1-0.3mm，涂層能夠磨損的周期時間較短。半年到兩年就需要修復一次涂層。
第二個問題：修復工期長。拆卸、運輸、制作、運輸、安裝，工期一般需要半個月到一個月。嚴重影響生產(chǎn)效率。
第三個問題：增加金屬異物。任何一種涂層都會被磨損，磨損下來的材料會進入物料當中，碳化鎢涂層磨損下來的材料進入電池材料當中，如果后面的工序有高溫燒結(jié)，那么在500度的高溫燒結(jié)下，碳化鎢會分離出來鎢，鎢是具有良好的導電性能的。
綜上所述碳化鎢涂層解決了部分磨損和腐蝕問題，減少了物料直接沖刷造成的金屬異物進入電池材料中。但是也增加了后續(xù)工作的困難性，甚至還增加了金屬異物提高了磁性異物PPB數(shù)值。
所以碳化鎢涂層并不是鋰電池生產(chǎn)設(shè)備最合適的涂層，那為了既能夠解決耐磨防腐使用，滿足鋰電池材料生產(chǎn)問題，又能夠為后期使用帶來方便。我司北京耐默公司是耐磨防腐技術(shù)方案解決服務(wù)商，從07年到現(xiàn)在11年的耐磨防腐經(jīng)驗及數(shù)萬個磨損腐蝕問題解決案例，總結(jié)經(jīng)驗創(chuàng)新工藝，研發(fā)出來的KN1000納米涂層解決了碳化鎢涂層的后期3個問題，因為是非金屬涂層所以既降低磁性異物PPB數(shù)值，實現(xiàn)了現(xiàn)場施工大大縮短工期，而且使用涂層周期是碳化物涂層的5到10倍，納米涂層在4年的實際應(yīng)用中得到了鋰電正極原料、正極材料生產(chǎn)企業(yè)的一致認可，和數(shù)十家鋰電池正極材料和正極原料廠家建立長期合作關(guān)系。有解決鋰電池材料磨損、腐蝕及降低磁性異物PPB值需求的企業(yè)歡迎來電交流。
圖（1）進口電池磁性異物超標被查
傳統(tǒng)能源導致全球氣溫變化和環(huán)境污染，能源的供給側(cè)改革逐漸提上日程。有些國家已經(jīng)制定了傳統(tǒng)能源汽車退出歷史舞臺的時間表，那么既能夠給汽車提供動力支持，又能夠有效的降低大氣污染，選擇什么材料呢？鋰電池在乘用車領(lǐng)域的發(fā)光發(fā)熱可謂是應(yīng)運而生，迅速火遍全球。而政策性支持使我國新能源企業(yè)，如雨后春筍般遍地開花。而鋰電池的組成分為：正極材料、電池隔膜、負極材料、電解液、電池殼等五個部分。其中決定鋰電池質(zhì)量、成本和安全性的關(guān)鍵點在是正極材料，而正極材料品質(zhì)的關(guān)鍵點是振實密度和安全性，隨著三元材料生產(chǎn)技術(shù)的成熟，高鎳的三元材料已經(jīng)逐漸占領(lǐng)了正極材料市場主導，振實密度問題除了有安全性、產(chǎn)品成本兩個方面需要完善以外，已經(jīng)基本解決了。而正極材料的安全性問題，有一個關(guān)鍵詞就是磁性異物，磁性異物要求很高，PPB數(shù)值盡可能低到幾個以內(nèi)。
磁性異物大概率講就是正極材料中有金屬雜質(zhì)的成分存在，例如鐵、鎳、鋅、鉻、銅等，還有前驅(qū)體、碳酸鋰、硫酸鎳、硫酸鈷、四氧化三鈷等正極原料生產(chǎn)過程中也要嚴格把關(guān)降低磁性異物。因為鋰電池化成階段的電壓遇到這些金屬元素的氧化還原電位后，這些金屬就會先在正極氧化再到負極還原，當負極處的金屬單質(zhì)累積到一定程度，其沉積金屬堅硬的棱角就會刺穿隔膜，造成電池自放電。自放電對鋰離子電池會造成致命的影響，鋰電池自燃甚至是爆炸，因而我們在新聞里看到的新能源汽車自燃爆炸、手機爆炸，多數(shù)都是因為鋰電池自放電現(xiàn)象造成的爆炸給人民的資產(chǎn)和人身安全的重大損失，因而從源頭上防止金屬異物的進入就顯得格外重要。
鋰離子電池材料對磁性異物的要求非常高，國內(nèi)電池廠家對鋰電池正極材料磁性異物含量的要求一般為100ppb左右，高端電池廠家對鋰離子電池正極材料中的磁性異物含量要求一般為50ppb左右，而國外動力電池公司對鋰離子電池正極材料中磁性異物含量的要求則更高，例如特斯拉上的正極材料要求磁性異物控制在10ppb以內(nèi)。目前國內(nèi)電池材料磁性異物一般控制在50ppb以內(nèi)，因為目前電池材料除磁性異物，一般只關(guān)注了干燥、篩分包裝等后處理工序，以污染了再治理的方式利用電磁除鐵器的方式除去磁性異物，電磁除鐵已成為生產(chǎn)正極材料的必經(jīng)工序，電磁除鐵機被普遍使用，但該設(shè)備對非磁性金屬物質(zhì)如銅、鋅等不起作用效果差，物料損耗大，成品率低。
正極材料多達10個生產(chǎn)工序，生產(chǎn)過程中的每個工序都有金屬異物進入的風險，這就對材料供應(yīng)商的設(shè)備及現(xiàn)場質(zhì)量管理水平提出了更高要求。但材料供應(yīng)商往往由于成本限制，其設(shè)備自動化程度較低，生產(chǎn)制造工序斷點較多，不可控的風險增加。因此，電池制造商為了保證電池性能穩(wěn)定，預防自放電發(fā)生，必須推動材料供應(yīng)商從人、機、料、法、環(huán)五大方面防止金屬異物引入。而正極材料的生產(chǎn)設(shè)備是金屬異物引入的主要環(huán)節(jié)，比如跟物料接觸的設(shè)備部件和工具出現(xiàn)氧化生銹導致脫落、固有材質(zhì)磨損、腐蝕進入物料當中等現(xiàn)象，所以要降低磁性異物PPB 值，就必須對設(shè)備表面做涂層保護是每個電池材料商都要去做的。而且現(xiàn)在大部分電芯電池廠家在確定采購電池材料渠道的時候，必須參觀下生產(chǎn)車間，確認設(shè)備表面是否有涂層，如果確認沒有涂層的話就直接否決了采購洽談，可見在電池材料生產(chǎn)設(shè)備上做涂層保護的重要性。
圖（2）電動車自燃，原因多數(shù)是因為磁性物質(zhì)超標自放電溫度升高，引起自燃
圖（3）正極材料混料葉片表面噴涂碳化鎢涂層，涂層厚度0.3mm
但是碳化鎢涂層有3個問題讓電池材料生產(chǎn)商很是苦惱：
第一個問題：磨損周期短。因為碳化鎢涂層厚度只有0.1-0.3mm，涂層能夠磨損的周期時間較短。半年到兩年就需要修復一次涂層。
第二個問題：修復工期長。拆卸、運輸、制作、運輸、安裝，工期一般需要半個月到一個月。嚴重影響生產(chǎn)效率。
第三個問題：增加金屬異物。任何一種涂層都會被磨損，磨損下來的材料會進入物料當中，碳化鎢涂層磨損下來的材料進入電池材料當中，如果后面的工序有高溫燒結(jié)，那么在500度的高溫燒結(jié)下，碳化鎢會分離出來鎢，鎢是具有良好的導電性能的。
綜上所述碳化鎢涂層解決了部分磨損和腐蝕問題，減少了物料直接沖刷造成的金屬異物進入電池材料中。但是也增加了后續(xù)工作的困難性，甚至還增加了金屬異物提高了磁性異物PPB數(shù)值。
所以碳化鎢涂層并不是鋰電池生產(chǎn)設(shè)備最合適的涂層，那為了既能夠解決耐磨防腐使用，滿足鋰電池材料生產(chǎn)問題，又能夠為后期使用帶來方便。我司北京耐默公司是耐磨防腐技術(shù)方案解決服務(wù)商，從07年到現(xiàn)在11年的耐磨防腐經(jīng)驗及數(shù)萬個磨損腐蝕問題解決案例，總結(jié)經(jīng)驗創(chuàng)新工藝，研發(fā)出來的KN1000納米涂層解決了碳化鎢涂層的后期3個問題，因為是非金屬涂層所以既降低磁性異物PPB數(shù)值，實現(xiàn)了現(xiàn)場施工大大縮短工期，而且使用涂層周期是碳化物涂層的5到10倍，納米涂層在4年的實際應(yīng)用中得到了鋰電正極原料、正極材料生產(chǎn)企業(yè)的一致認可，和數(shù)十家鋰電池正極材料和正極原料廠家建立長期合作關(guān)系。有解決鋰電池材料磨損、腐蝕及降低磁性異物PPB值需求的企業(yè)歡迎來電交流。
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