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    正極材料生產線異物管控方法

    正極材料生產線異物管控方法

    編輯:轉自:材料科學與工程技術 發布時間:2024-01-12

    極片上的顆?;蛭⒘拷饘贇堅?、隔膜上的微小缺陷、電芯在組裝過程中引入的粉塵等,都會造成電芯內部微短路。

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    金屬異物的危害

    金屬異物在電池化成階段會先在正極氧化再到負極還原,當 負極處的金屬單質累積到一定程度會形成枝晶,導致隔膜穿孔,造成電池內部短路,提高電池的自放電率,嚴重時甚至會電池起火、爆炸,影響電池的安全性能。

    正極材料是鋰離子電池的關鍵材料之一,也是鋰離子電池中金屬異物的重要的引入源之一,正極材料的金屬異物含量直接影響下游鋰電池產品的安 全性,故而如何控制正極材料中的金屬異物含量是各大鋰離子電池正極材料廠商的重大難題,對金屬異物的管控水平已經成為衡量鋰離子電池正極材料生產線的最核心指標之一。

    生產線中金屬異物主要的來源

    生產線中金屬異物的來源主要有以下兩個方面:一是設備和物料直接接觸引入(直接引入);二是空氣中的金屬飛散物進入材料中引入(間接引入)。下面詳細分析一下兩種引入方式的區別:正極材料生產線最主要的工序有:混合,焙燒以及粉碎,涉及到的設備主要有混合機,輥道窯以及粉碎機。一般而言,設備上有金屬部件直接與物料接觸的都有可能造成直接引入風險,其中,和物料有連續 的相對運動的部件產生磨損的可能性更大,為紅線區域,需要重點防護,和物料無連續的相對運動的部件也需要采取必要的防護措施。間接引入的來源更加復雜,空氣中的飛散物有可能來自設備零部件磨損產生的碎屑,也有可能由外界環境引入,甚至有可能由人員引入,因此管控起 來就更加困難。

    正極材料產線設計中對金屬異物的控制方法    

    直接接觸部分控制方法正極材料生產線設計中對金屬異物的防護有幾項通用的規則:生產線所有設備與物料直接接觸的部分必須要求為非金屬材質或者在金屬基材表面進行噴涂涂層進行防護。
    金屬基材一般要求為304不銹鋼,常用的噴涂材料有 PTFE,ECTFE,WC 等,也有直接貼陶瓷片或者做整體陶瓷防護的。

    PTFE(聚四氟乙烯)涂層具有極低的摩擦系數、良好的耐磨性以及 極好的化學穩定性,幾乎任何強酸、強堿、強氧化劑 和溶劑在高溫下對它都不起作用,缺點是其機械強度不高。PTFE 的噴涂厚度 50 um 左右 (液體)。

    ECTFE(乙烯三氟氯乙烯共聚物),ECTFE 涂層同樣具有優異的表面光滑度和耐化學腐蝕性能,強度要優于PTFE。其噴涂厚度可以從 0.2 mm ~ 1.5 mm 范 圍。

    WC(碳化鎢)涂層是所有涂層中硬度最大,最耐磨的,WC 涂層厚度一般在 0.2 mm ~ 0.5 mm 之間, 缺點是摩擦系數高,成本較高。陶瓷防護現在也比較普遍,陶瓷同樣硬度高,耐磨性較好。缺點是加工難度大,成本高,陶瓷片厚度從 5 mm ~ 10 mm 不等。

    一般而言,和物料有連續的相對運動的部件采用 304 不銹鋼噴涂 WC 涂層或采用貼陶瓷片防護,和物料無連續的相對運動的部件采用 304 不銹鋼噴涂PTFE或ECTFE材質的比較常見。

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    非直接接觸部分控制方法

    關于生產線設備不直接與物料接觸的部件,同樣分為兩類,一類為有相對運動會摩擦產生金屬細 屑的部件,一類為無相對運動的部件。對于前者,一般采取物理隔離來避免摩擦產生的金屬細屑隨空氣飛散進入物料里,比如輥道窯的傳動機構;對于后者,進行一般性涂覆或刷漆就可以,如設備架臺或外殼體等。

    產線除磁設計 

    此外,在產線工藝設計的時候各道工序中都需要添加除磁操作,到最終成品前還需要將物料進行合批過篩和除磁。過程除磁一般采用管道除鐵器,管道除鐵器分為抽屜式和旋轉式兩大類,根據不同工 要求的除磁速度和除磁效果具體進行選擇。成品除磁一般采用大型的電磁除鐵器,多層柵欄式磁芯來保證除磁效果。

    正極材料生產線的環境管控方法 

    環境異物對于正極材料金屬異物的影響具有隨機性,一條設計好的正極材料產線其產品金屬異物含量應該維持在一個相對穩定的水平,如果產品金屬異物含量有大的波動,那么大多數情況都是由于環境的變化造成的??梢姯h境管控異常重要,不容忽視。

    為了防止外界環境中的異物進入正極材料車間中,一般從以下幾個方面來進行管控:(1)車間門窗密閉,安裝新風系統,新風經過高效過濾器過濾后再進入車間內,新風量略大于排風量,車間保持+3Pa~+5Pa 的微正壓;(2)車間大門采用雙層連鎖結構,內置風淋室;(3)車間內采用專用的轉運工具或 車輛,外部轉運工具或車輛禁止進入車間內;(4)外來人員進出車間需更換服裝和鞋子,禁止攜帶手表、 鑰匙、硬幣等金屬物品進入車間內;(5)車間內地面 采用永磁磁棒定期進行除磁;(6)制定相應的規章制 度和點檢表,定期檢查新風濾網更換情況;(7)在車間放置專用的器皿,定期監測環境中的飛散物水平, 如有異常及時進行調查整改。

    總而言之,管控金屬異物主要是從產線設計,設備選型以及環境管控和生產管理等幾個方面入手, 方法很多但最重要的一是在設計之初就要通盤考慮好每一道工序每一個環節可能的金屬異物引入源并加以規避,二是需要樹立起全體員工的質量意識,讓員工意識到磁性異物的危害,這樣管理起來才能事半功倍。


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