中國粉體網(wǎng)訊 碳酸鋰作為基礎原材料，廣泛應用于電池、陶瓷、冶金、醫(yī)藥等行業(yè)。市場需求量最大的是電池級碳酸鋰，它是制備鈷酸鋰、錳酸鋰和磷酸鐵鋰正極材料的重要原料。3C電子產(chǎn)品的穩(wěn)步增長以及新能源汽車的興起，極大地帶動了整個鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，碳酸鋰作為3C類鋰電池和新能源汽車用動力電池的重要原料之一，其市場需求量劇增，價格也一路走高。國內(nèi)新能源汽車的產(chǎn)銷量還沒有完全釋放出來，碳酸鋰的供需差還很大，碳酸鋰的資源壁壘和技術壁壘也很嚴重。
（圖源：贛鋒鋰業(yè)）
動力電池制造全過程須嚴控金屬磁性異物
有研究表明，鋰離子電池中微量金屬雜質會影響其安全性與使用壽命：當外接電源電壓高于電池正極中金屬異物［鐵(Fe)、銅(Cu)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鋅(Zn)、銀(Ag)等］氧化還原電位時，電池正極中金屬異物便會被氧化成金屬離子遷移至電池負極，并沉積于電池負極，以金屬枝晶附著于鋰離子電池負極，金屬枝晶刺穿隔膜便會造成鋰離子電池內(nèi)部短路而急劇自放電，而鋰離子電池自放電不僅影響其續(xù)航能力，同時急劇的自放電可能導致動力電池熱失控，甚至自燃、爆炸。因此，動力電池制造全過程須對金屬磁性異物進行嚴格管控。
據(jù)中國粉體網(wǎng)了解，2013年工業(yè)和信息化部發(fā)布(2013年9月1日實施)的有色金屬行業(yè)標準《電池級碳酸鋰》(YS/T 582—2013)規(guī)定，電池級碳酸鋰磁性異物不得超過3000×10-9。但是，隨著行業(yè)技術的發(fā)展，眾多電池材料廠商認為該標準逐漸不再適應市場需求，紛紛制定了磁性異物含量(100～200)×10-9的電池級碳酸鋰個性化采購要求。那些達不到客戶需求并且產(chǎn)品質量不穩(wěn)定的產(chǎn)品不會再有市場，將被淘汰出局。為適應市場需求，廣大碳酸鋰生產(chǎn)廠商均采取了相應措施對磁性異物進行管控。
電池級碳酸鋰中磁性異物來源分析
原料
碳酸鋰生產(chǎn)的主要原料為鋰輝石(Li2O·Al2O3·4SiO2)精礦，天然鋰輝石是一種典型的花崗偉晶巖礦，常與鉭鈮鐵礦伴生，雖然鋰輝石選礦經(jīng)過了磁選高價值鉭鈮精礦，但是鉭鈮回收率一般不高于50%。磁選鉭鈮精礦后的鋰輝石精礦中仍有一定量的含鐵物質。一般來說，鋰輝石精礦中的Fe2O3的含量在1.0%～1.5%，隨選礦工藝不同略有差異。因此，碳酸鋰生產(chǎn)原料——鋰輝石精礦中含有一定量的磁性物質，可能是造成產(chǎn)品磁性物含量升高的原因之一。
輔料
碳酸鋰生產(chǎn)的輔料——碳酸鈣、碳酸鈉、氫氧化鈉以及硫酸等，均為大宗化工產(chǎn)品，并非專為電池級碳酸鋰生產(chǎn)廠家直接生產(chǎn)的原料，從而難以確保碳酸鋰生產(chǎn)輔料之磁性物含量能夠直接達到電池級碳酸鋰生產(chǎn)所需；同時，沉淀結晶法生產(chǎn)碳酸鋰，約20%的產(chǎn)品是難以達到電池級標準的。據(jù)中國粉體網(wǎng)了解，目前業(yè)內(nèi)普遍采用碳化－熱析工藝精制粗碳酸鋰，其中，碳酸氫鋰熱分解是一個吸熱過程，為提高過程熱效率，部分研究建議用高溫蒸汽進行直接加熱，但由于蒸汽管道為碳鋼材質，存在氧化腐蝕，蒸汽沖刷機械剝離等因素導致蒸汽冷凝液含有約15μg/L的鐵離子(間接表明蒸汽中存有鐵離子)，即蒸汽直接與物料接觸加熱會造成碳酸鋰產(chǎn)品中磁性物含量升高。
生產(chǎn)過程
碳酸鋰生產(chǎn)中，除磁技術主要分為液體/漿料除磁與干粉除磁，其中管道除磁器是處理液體與漿類物料中磁性物的主要設備，它由316L不銹鋼外殼包裹的磁力強度＞12000Gs的多塊永磁體構成，連接在輸送管線上用于去除物料中的磁性物質，附著在管道除磁器表面的物質呈明顯的金屬光澤。推斷漿料階段磁性物質主要為設備機械磨損引入。
沉淀結晶產(chǎn)生的碳酸鋰經(jīng)離心固液分離、干燥粉碎后，一般會經(jīng)歷兩次除磁處理：首先，經(jīng)過干燥粉碎后的碳酸鋰通過永磁粉體除鐵器后得到碳酸鋰中間產(chǎn)物，碳酸鋰中間產(chǎn)物再經(jīng)過電磁粉體除鐵器后得到電池級碳酸鋰成品。碳酸鋰干燥、粉碎、輸送階段設備機械磨損是產(chǎn)品中磁性異物含量增加的主要原因。
由于目前碳酸鋰生產(chǎn)工藝全流程中均分布有管道除鐵器用于降低物料或產(chǎn)品中的磁性雜質，沉淀結晶產(chǎn)生的粗碳酸鋰和粉料碳酸鋰中的磁性物含量并非最原始的數(shù)據(jù)，因此難以直接定義原輔料攜帶或設備機械磨損對于產(chǎn)品中磁性物含量的貢獻率，基于理論分析和實際生產(chǎn)經(jīng)驗，僅能從磁性異物組成推斷生產(chǎn)過程中的設備機械磨損是碳酸鋰中磁性異物的重要來源。
人員及生產(chǎn)管理
一線崗位操作人員對產(chǎn)品中的磁性物質基礎知識了解不夠，操作時隨意性強。在日常的生產(chǎn)管理工作中，未建立有效的除磁管理制度，疏于防范，5S管理工作缺失。
電池級碳酸鋰降磁措施
人員
無論何種先進技術和先進設備，都必須由人來完成，生產(chǎn)管理水平和操作者技術水平的高低將關系到產(chǎn)品最終質量。在操作不當時，磁性物質很容易被引入。員工應先從意識上認識到磁性物質含量會對下游產(chǎn)品帶來嚴重的危害，并由此深入到操作層面去改善不良的操作行為而導致磁性物質的引入。
物料
對生產(chǎn)要用到的原輔料提出磁性物質含量標準，并對到貨的原料也要增加磁性物質的檢測項目，防止因原料中磁性物質過高而影響最終的產(chǎn)品質量。
對中間產(chǎn)品溶液和濕料料漿也需要建立有效的取樣方式來監(jiān)控生產(chǎn)過程中磁性物質的引入點。
對成品包裝也要做防止磁性物質引入的工作，包裝袋表面要用吸塵器或者磁棒去吸附表面附著的磁性物質，采用多層纏繞膜進行防護。
機器和設備
對生產(chǎn)現(xiàn)場所用工器具進行排查，將鐵質工器具全部換成塑料材質工器具。例如物料鏟、清潔工具、取樣工具等。將各個崗位出現(xiàn)生銹的部位進行除銹并進行防腐措施，對腐蝕嚴重的設備予以更換。
增加除磁設施，對溶液入料加裝管道除鐵器，對固體物料加裝旋轉除鐵器和電磁除鐵器。對所有鐵質設備進行排查，可以用其他材質或者運輸方式來代替的都需要進行更換，例如使用陶瓷等非金屬材料設備、將螺旋輸送物料改為皮帶輸送或者真空上料裝置。通過選取性能優(yōu)異的除磁設備、合理安排除磁工藝、加強現(xiàn)場管控等措施，確保碳酸鋰產(chǎn)品磁性物含量合格。
小結
雖然通過對生產(chǎn)過程加強磁性異物管控，業(yè)內(nèi)電池級碳酸鋰產(chǎn)品磁性異物含量普遍能控制在100×10-9以內(nèi)，但是隨著技術的發(fā)展，正極材料廠商不斷在對碳酸鋰產(chǎn)品中磁性物含量提出新的要求——個性化需求從簡單關注磁性異物含量逐漸細化至金屬異物管控，部分廠商個性化需求要求電池級碳酸鋰產(chǎn)品金屬顆粒數(shù)＜100pcs/kg，此類要求對于尚無有效方式控制成品非磁性異物含量的鋰鹽生產(chǎn)廠而言，無疑會形成巨大的壓力，同時也意味著鋰鹽生產(chǎn)新技術新工藝新設備的研發(fā)蘊藏著巨大的商機。
參考來源：
羅強等，電池級碳酸鋰中磁性異物來源分析及管控，四川能投鼎盛鋰業(yè)有限公司
彭莉娟，降低電池級碳酸鋰產(chǎn)品中磁性物質含量的措施，江西贛鋒鋰業(yè)股份有限公司
劉人生等，高雜質碳酸鋰提純工藝研究，浙江華友鈷業(yè)股份有限公司
李勇等，電池級碳酸鋰制備過程中磁性物質增加原因分析及降磁措施，山東瑞福鋰業(yè)有限公司
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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