中國(guó)粉體網(wǎng)訊 碳酸鋰作為基礎(chǔ)原材料，廣泛應(yīng)用于電池、陶瓷、冶金、醫(yī)藥等行業(yè)。市場(chǎng)需求量最大的是電池級(jí)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(zhǎng)以及新能源汽車的興起，極大地帶動(dòng)了整個(gè)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(dòng)力電池的重要原料之一，其市場(chǎng)需求量劇增，價(jià)格也一路走高。國(guó)內(nèi)新能源汽車的產(chǎn)銷量還沒(méi)有完全釋放出來(lái)，碳酸鋰的供需差還很大，碳酸鋰的資源壁壘和技術(shù)壁壘也很嚴(yán)重。
（圖源：贛鋒鋰業(yè)）
動(dòng)力電池制造全過(guò)程須嚴(yán)控金屬磁性異物
有研究表明，鋰離子電池中微量金屬雜質(zhì)會(huì)影響其安全性與使用壽命：當(dāng)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(shí)，電池正極中金屬異物便會(huì)被氧化成金屬離子遷移至電池負(fù)極，并沉積于電池負(fù)極，以金屬枝晶附著于鋰離子電池負(fù)極，金屬枝晶刺穿隔膜便會(huì)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(shí)急劇的自放電可能導(dǎo)致動(dòng)力電池?zé)崾Э兀踔磷匀�、爆炸。因此，�?dòng)力電池制造全過(guò)程須對(duì)金屬磁性異物進(jìn)行嚴(yán)格管控。
據(jù)中國(guó)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(shí)施)的有色金屬行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電池級(jí)碳酸鋰》(YS/T 582—2013)規(guī)定，電池級(jí)碳酸鋰磁性異物不得超過(guò)3000×10-9。但是，隨著行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，眾多電池材料廠商認(rèn)為該標(biāo)準(zhǔn)逐漸不再適應(yīng)市場(chǎng)需求，紛紛制定了磁性異物含量(100～200)×10-9的電池級(jí)碳酸鋰個(gè)性化采購(gòu)要求。那些達(dá)不到客戶需求并且產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定的產(chǎn)品不會(huì)再有市場(chǎng)，將被淘汰出局。為適應(yīng)市場(chǎng)需求，廣大碳酸鋰生產(chǎn)廠商均采取了相應(yīng)措施對(duì)磁性異物進(jìn)行管控。
電池級(jí)碳酸鋰中磁性異物來(lái)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(guò)了磁選高價(jià)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(zhì)。一般來(lái)說(shuō)，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(zhì)，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(jí)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(dá)到電池級(jí)碳酸鋰生產(chǎn)所需；同時(shí)，沉淀結(jié)晶法生產(chǎn)碳酸鋰，約20%的產(chǎn)品是難以達(dá)到電池級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的。據(jù)中國(guó)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(gè)吸熱過(guò)程，為提高過(guò)程熱效率，部分研究建議用高溫蒸汽進(jìn)行直接加熱，但由于蒸汽管道為碳鋼材質(zhì)，存在氧化腐蝕，蒸汽沖刷機(jī)械剝離等因素導(dǎo)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(huì)造成碳酸鋰產(chǎn)品中磁性物含量升高。
生產(chǎn)過(guò)程
碳酸鋰生產(chǎn)中，除磁技術(shù)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(shè)備，它由316L不銹鋼外殼包裹的磁力強(qiáng)度＞12000Gs的多塊永磁體構(gòu)成，連接在輸送管線上用于去除物料中的磁性物質(zhì)，附著在管道除磁器表面的物質(zhì)呈明顯的金屬光澤。推斷漿料階段磁性物質(zhì)主要為設(shè)備機(jī)械磨損引入。
沉淀結(jié)晶產(chǎn)生的碳酸鋰經(jīng)離心固液分離、干燥粉碎后，一般會(huì)經(jīng)歷兩次除磁處理：首先，經(jīng)過(guò)干燥粉碎后的碳酸鋰通過(guò)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(guò)電磁粉體除鐵器后得到電池級(jí)碳酸鋰成品。碳酸鋰干燥、粉碎、輸送階段設(shè)備機(jī)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(zhì)，沉淀結(jié)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(shè)備機(jī)械磨損對(duì)于產(chǎn)品中磁性物含量的貢獻(xiàn)率，基于理論分析和實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，僅能從磁性異物組成推斷生產(chǎn)過(guò)程中的設(shè)備機(jī)械磨損是碳酸鋰中磁性異物的重要來(lái)源。
人員及生產(chǎn)管理
一線崗位操作人員對(duì)產(chǎn)品中的磁性物質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)了解不夠，操作時(shí)隨意性強(qiáng)。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(jí)碳酸鋰降磁措施
人員
無(wú)論何種先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)設(shè)備，都必須由人來(lái)完成，生產(chǎn)管理水平和操作者技術(shù)水平的高低將關(guān)系到產(chǎn)品最終質(zhì)量。在操作不當(dāng)時(shí)，磁性物質(zhì)很容易被引入。員工應(yīng)先從意識(shí)上認(rèn)識(shí)到磁性物質(zhì)含量會(huì)對(duì)下游產(chǎn)品帶來(lái)嚴(yán)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(dǎo)致磁性物質(zhì)的引入。
物料
對(duì)生產(chǎn)要用到的原輔料提出磁性物質(zhì)含量標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)到貨的原料也要增加磁性物質(zhì)的檢測(cè)項(xiàng)目，防止因原料中磁性物質(zhì)過(guò)高而影響最終的產(chǎn)品質(zhì)量。
對(duì)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(lái)監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程中磁性物質(zhì)的引入點(diǎn)。
對(duì)成品包裝也要做防止磁性物質(zhì)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(zhì)，采用多層纏繞膜進(jìn)行防護(hù)。
機(jī)器和設(shè)備
對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)所用工器具進(jìn)行排查，將鐵質(zhì)工器具全部換成塑料材質(zhì)工器具。例如物料鏟、清潔工具、取樣工具等。將各個(gè)崗位出現(xiàn)生銹的部位進(jìn)行除銹并進(jìn)行防腐措施，對(duì)腐蝕嚴(yán)重的設(shè)備予以更換。
增加除磁設(shè)施，對(duì)溶液入料加裝管道除鐵器，對(duì)固體物料加裝旋轉(zhuǎn)除鐵器和電磁除鐵器。對(duì)所有鐵質(zhì)設(shè)備進(jìn)行排查，可以用其他材質(zhì)或者運(yùn)輸方式來(lái)代替的都需要進(jìn)行更換，例如使用陶瓷等非金屬材料設(shè)備、將螺旋輸送物料改為皮帶輸送或者真空上料裝置。通過(guò)選取性能優(yōu)異的除磁設(shè)備、合理安排除磁工藝、加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管控等措施，確保碳酸鋰產(chǎn)品磁性物含量合格。
小結(jié)
雖然通過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程加強(qiáng)磁性異物管控，業(yè)內(nèi)電池級(jí)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(shù)的發(fā)展，正極材料廠商不斷在對(duì)碳酸鋰產(chǎn)品中磁性物含量提出新的要求——個(gè)性化需求從簡(jiǎn)單關(guān)注磁性異物含量逐漸細(xì)化至金屬異物管控，部分廠商個(gè)性化需求要求電池級(jí)碳酸鋰產(chǎn)品金屬顆粒數(shù)＜100pcs/kg，此類要求對(duì)于尚無(wú)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(wú)疑會(huì)形成巨大的壓力，同時(shí)也意味著鋰鹽生產(chǎn)新技術(shù)新工藝新設(shè)備的研發(fā)蘊(yùn)藏著巨大的商機(jī)。
參考來(lái)源：
羅強(qiáng)等，電池級(jí)碳酸鋰中磁性異物來(lái)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(jí)碳酸鋰產(chǎn)品中磁性物質(zhì)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(zhì)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(jí)碳酸鋰制備過(guò)程中磁性物質(zhì)增加原因分析及降磁措施，山東瑞福鋰業(yè)有限公司
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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