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(diǎn)擊：
一篇文章報(bào)道，國內(nèi)天津一電池廠家進(jìn)口氫化鎳鈷鋁鋰材料，因?yàn)榇判援愇飻?shù)值超標(biāo)不能使用被退貨處理，PPB數(shù)值超標(biāo)的現(xiàn)象發(fā)生不僅影響供貨商的收益及名譽(yù)，也將影響鋰電池、正極材料的生產(chǎn)廠家甚至電動(dòng)汽車、手機(jī)廠家的生產(chǎn)進(jìn)展。
圖（1）進(jìn)口電池磁性異物超標(biāo)被查
傳統(tǒng)能源導(dǎo)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(shí)間表，那么既能夠給汽車提供動(dòng)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(yùn)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(fù)極材料、電解液、電池殼等五個(gè)部分。其中決定鋰電池質(zhì)量、成本和安全性的關(guān)鍵點(diǎn)在是正極材料，而正極材料品質(zhì)的關(guān)鍵點(diǎn)是振實(shí)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(dǎo)，振實(shí)密度問題除了有安全性、產(chǎn)品成本兩個(gè)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(gè)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(gè)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(yán)格把關(guān)降低磁性異物。因?yàn)殇囯姵鼗呻A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(huì)先在正極氧化再到負(fù)極還原，當(dāng)負(fù)極處的金屬單質(zhì)累積到一定程度，其沉積金屬堅(jiān)硬的棱角就會(huì)刺穿隔膜，造成電池自放電。自放電對鋰離子電池會(huì)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(jī)爆炸，多數(shù)都是因?yàn)殇囯姵刈苑烹姮F(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(jìn)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(dòng)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?yàn)槟壳半姵夭牧铣判援愇�，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(jī)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(gè)問題讓電池材料生產(chǎn)商很是苦惱：
第一個(gè)問題：磨損周期短。因?yàn)樘蓟u涂層厚度只有0.1-0.3mm，涂層能夠磨損的周期時(shí)間較短。半年到兩年就需要修復(fù)一次涂層。
第二個(gè)問題：修復(fù)工期長。拆卸、運(yùn)輸、制作、運(yùn)輸、安裝，工期一般需要半個(gè)月到一個(gè)月。嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。
第三個(gè)問題：增加金屬異物。任何一種涂層都會(huì)被磨損，磨損下來的材料會(huì)進(jìn)入物料當(dāng)中，碳化鎢涂層磨損下來的材料進(jìn)入電池材料當(dāng)中，如果后面的工序有高溫?zé)Y(jié)，那么在500度的高溫?zé)Y(jié)下，碳化鎢會(huì)分離出來鎢，鎢是具有良好的導(dǎo)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(jìn)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?yàn)楹笃谑褂脦矸奖�。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(yàn)及數(shù)萬個(gè)磨損腐蝕問題解決案例，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)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(gè)問題，因?yàn)槭欠墙饘偻繉铀约冉档痛判援愇颬PB數(shù)值，實(shí)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(shí)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(rèn)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(jìn)口電池磁性異物超標(biāo)被查
傳統(tǒng)能源導(dǎo)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(shí)間表，那么既能夠給汽車提供動(dòng)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(yùn)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(fù)極材料、電解液、電池殼等五個(gè)部分。其中決定鋰電池質(zhì)量、成本和安全性的關(guān)鍵點(diǎn)在是正極材料，而正極材料品質(zhì)的關(guān)鍵點(diǎn)是振實(shí)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(dǎo)，振實(shí)密度問題除了有安全性、產(chǎn)品成本兩個(gè)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(gè)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(gè)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(yán)格把關(guān)降低磁性異物。因?yàn)殇囯姵鼗呻A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(huì)先在正極氧化再到負(fù)極還原，當(dāng)負(fù)極處的金屬單質(zhì)累積到一定程度，其沉積金屬堅(jiān)硬的棱角就會(huì)刺穿隔膜，造成電池自放電。自放電對鋰離子電池會(huì)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(jī)爆炸，多數(shù)都是因?yàn)殇囯姵刈苑烹姮F(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(jìn)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(dòng)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?yàn)槟壳半姵夭牧铣判援愇�，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(jī)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(dá)10個(gè)生產(chǎn)工序，生產(chǎn)過程中的每個(gè)工序都有金屬異物進(jìn)入的風(fēng)險(xiǎn)，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(dòng)化程度較低，生產(chǎn)制造工序斷點(diǎn)較多，不可控的風(fēng)險(xiǎn)增加。因此，電池制造商為了保證電池性能穩(wěn)定，預(yù)防自放電發(fā)生，必須推動(dòng)材料供應(yīng)商從人、機(jī)、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(dǎo)致脫落、固有材質(zhì)磨損、腐蝕進(jìn)入物料當(dāng)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(hù)是每個(gè)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(shí)候，必須參觀下生產(chǎn)車間，確認(rèn)設(shè)備表面是否有涂層，如果確認(rèn)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(hù)的重要性。
圖（2）電動(dòng)車自燃，原因多數(shù)是因?yàn)榇判晕镔|(zhì)超標(biāo)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(gè)問題讓電池材料生產(chǎn)商很是苦惱：
第一個(gè)問題：磨損周期短。因?yàn)樘蓟u涂層厚度只有0.1-0.3mm，涂層能夠磨損的周期時(shí)間較短。半年到兩年就需要修復(fù)一次涂層。
第二個(gè)問題：修復(fù)工期長。拆卸、運(yùn)輸、制作、運(yùn)輸、安裝，工期一般需要半個(gè)月到一個(gè)月。嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。
第三個(gè)問題：增加金屬異物。任何一種涂層都會(huì)被磨損，磨損下來的材料會(huì)進(jìn)入物料當(dāng)中，碳化鎢涂層磨損下來的材料進(jìn)入電池材料當(dāng)中，如果后面的工序有高溫?zé)Y(jié)，那么在500度的高溫?zé)Y(jié)下，碳化鎢會(huì)分離出來鎢，鎢是具有良好的導(dǎo)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(jìn)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?yàn)楹笃谑褂脦矸奖�。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(yàn)及數(shù)萬個(gè)磨損腐蝕問題解決案例，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)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(gè)問題，因?yàn)槭欠墙饘偻繉铀约冉档痛判援愇颬PB數(shù)值，實(shí)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(shí)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(rèn)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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