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    北京耐默公司主營:碳化鎢涂層、碳化鎢噴涂,碳化鎢焊條、碳化鎢粉末、碳化鎢合金顆粒。
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    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,國內天津一電池廠家進口氫化鎳鈷鋁鋰材料,因為磁性異物數值超標不能使用被退貨處理,PPB數值超標的現象發生不僅影響供貨商的收益及名譽,也將影響鋰電池、正極材料的生產廠家甚至電動汽車、手機廠家的生產進展。 

    圖(1)進口電池磁性異物超標被查
    傳統能源導致全球氣溫變化和環境污染,能源的供給側改革逐漸提上日程。有些國家已經制定了傳統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?鋰電池在乘用車領域的發光發熱可謂是應運而生,迅速火遍全球。而政策性支持使我國新能源企業,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。其中決定鋰電池質量、成本和安全性的關鍵點在是正極材料,而正極材料品質的關鍵點是振實密度和安全性,隨著三元材料生產技術的成熟,高鎳的三元材料已經逐漸占領了正極材料市場主導,振實密度問題除了有安全性、產品成本兩個方面需要完善以外,已經基本解決了。而正極材料的安全性問題,有一個關鍵詞就是磁性異物,磁性異物要求很高,PPB數值盡可能低到幾個以內。
     磁性異物大概率講就是正極材料中有金屬雜質的成分存在,例如鐵、鎳、鋅、鉻、銅等,還有前驅體、碳酸鋰、硫酸鎳、硫酸鈷、四氧化三鈷等正極原料生產過程中也要嚴格把關降低磁性異物。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,多數都是因為鋰電池自放電現象造成的爆炸給人民的資產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。目前國內電池材料磁性異物一般控制在50ppb以內,因為目前電池材料除磁性異物,一般只關注了干燥、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正極材料的必經工序,電磁除鐵機被普遍使用,但該設備對非磁性金屬物質如銅、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個生產工序,生產過程中的每個工序都有金屬異物進入的風險,這就對材料供應商的設備及現場質量管理水平提出了更高要求。但材料供應商往往由于成本限制,其設備自動化程度較低,生產制造工序斷點較多,不可控的風險增加。因此,電池制造商為了保證電池性能穩定,預防自放電發生,必須推動材料供應商從人、機、料、法、環五大方面防止金屬異物引入。而正極材料的生產設備是金屬異物引入的主要環節,比如跟物料接觸的設備部件和工具出現氧化生銹導致脫落、固有材質磨損、腐蝕進入物料當中等現象,所以要降低磁性異物PPB 值,就必須對設備表面做涂層保護是每個電池材料商都要去做的。而且現在大部分電芯電池廠家在確定采購電池材料渠道的時候,必須參觀下生產車間,確認設備表面是否有涂層,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設備上做涂層保護的重要性。


    圖(2)電動車自燃,原因多數是因為磁性物質超標自放電溫度升高,引起自燃

    但是正極材料生產過程中涉及到輸送、攪拌的工序較多,有磨損和腐蝕問題生產設備商多采用碳化鎢涂層進行保護。目前國外鋰電池材料的生產設備的碳化鎢涂層的保護周期一般是2-3年,而受限于工藝、材料、噴涂設備的問題的國內設備商碳化鎢涂層保護周期只有半年到1年多之間。一旦碳化鎢涂層磨損甚至脫落,那么物料沖刷就直接磨損設備表面的固有材質了,所以一般生產電池材料的廠家都在規律性檢修設備表面的涂層。

    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,那么在500度的高溫燒結下,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數值。
    所以碳化鎢涂層并不是鋰電池生產設備最合適的涂層,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方案解決服務商,從07年到現在11年的耐磨防腐經驗及數萬個磨損腐蝕問題解決案例,總結經驗創新工藝,研發出來的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數值,實現了現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年的實際應用中得到了鋰電正極原料、正極材料生產企業的一致認可,和數十家鋰電池正極材料和正極原料廠家建立長期合作關系。有解決鋰電池材料磨損、腐蝕及降低磁性異物PPB值需求的企業歡迎來電交流。

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