碳化钨涂层能否降低锂电材料磁性异物PPB值
2018-11-27 15:05:27 点击：
一篇文章报道，国内天津一电池厂家进口氢化镍钴铝锂材料，因为磁性异物数值超标不能使用被退货处理，PPB数值超标的现象发生不仅影响供货商的收益及名誉，也将影响锂电池、正极材料的生产厂家甚至电动汽车、手机厂家的生产进展。
图（1）进口电池磁性异物超标被查
传统能源导致全球气温变化和环境污染，能源的供给侧改革逐渐提上日程。有些国家已经制定了传统能源汽车退出历史舞台的时间表，那么既能够给汽车提供动力支持，又能够有效的降低大气污染，选择什么材料呢？锂电池在乘用车领域的发光发热可谓是应运而生，迅速火遍全球。而政策性支持使我国新能源企业，如雨后春笋般遍地开花。而锂电池的组成分为：正极材料、电池隔膜、负极材料、电解液、电池壳等五个部分。其中决定锂电池质量、成本和安全性的关键点在是正极材料，而正极材料品质的关键点是振实密度和安全性，随着三元材料生产技术的成熟，高镍的三元材料已经逐渐占领了正极材料市场主导，振实密度问题除了有安全性、产品成本两个方面需要完善以外，已经基本解决了。而正极材料的安全性问题，有一个关键词就是磁性异物，磁性异物要求很高，PPB数值尽可能低到几个以内。
磁性异物大概率讲就是正极材料中有金属杂质的成分存在，例如铁、镍、锌、铬、铜等，还有前驱体、碳酸锂、硫酸镍、硫酸钴、四氧化三钴等正极原料生产过程中也要严格把关降低磁性异物。因为锂电池化成阶段的电压遇到这些金属元素的氧化还原电位后，这些金属就会先在正极氧化再到负极还原，当负极处的金属单质累积到一定程度，其沉积金属坚硬的棱角就会刺穿隔膜，造成电池自放电。自放电对锂离子电池会造成致命的影响，锂电池自燃甚至是爆炸，因而我们在新闻里看到的新能源汽车自燃爆炸、手机爆炸，多数都是因为锂电池自放电现象造成的爆炸给人民的资产和人身安全的重大损失，因而从源头上防止金属异物的进入就显得格外重要。
锂离子电池材料对磁性异物的要求非常高，国内电池厂家对锂电池正极材料磁性异物含量的要求一般为100ppb左右，高端电池厂家对锂离子电池正极材料中的磁性异物含量要求一般为50ppb左右，而国外动力电池公司对锂离子电池正极材料中磁性异物含量的要求则更高，例如特斯拉上的正极材料要求磁性异物控制在10ppb以内。目前国内电池材料磁性异物一般控制在50ppb以内，因为目前电池材料除磁性异物，一般只关注了干燥、筛分包装等后处理工序，以污染了再治理的方式利用电磁除铁器的方式除去磁性异物，电磁除铁已成为生产正极材料的必经工序，电磁除铁机被普遍使用，但该设备对非磁性金属物质如铜、锌等不起作用效果差，物料损耗大，成品率低。
图（3）正极材料混料叶片表面喷涂碳化钨涂层，涂层厚度0.3mm
但是碳化钨涂层有3个问题让电池材料生产商很是苦恼：
第一个问题：磨损周期短。因为碳化钨涂层厚度只有0.1-0.3mm，涂层能够磨损的周期时间较短。半年到两年就需要修复一次涂层。
第二个问题：修复工期长。拆卸、运输、制作、运输、安装，工期一般需要半个月到一个月。严重影响生产效率。
第三个问题：增加金属异物。任何一种涂层都会被磨损，磨损下来的材料会进入物料当中，碳化钨涂层磨损下来的材料进入电池材料当中，如果后面的工序有高温烧结，那么在500度的高温烧结下，碳化钨会分离出来钨，钨是具有良好的导电性能的。
综上所述碳化钨涂层解决了部分磨损和腐蚀问题，减少了物料直接冲刷造成的金属异物进入电池材料中。但是也增加了后续工作的困难性，甚至还增加了金属异物提高了磁性异物PPB数值。
所以碳化钨涂层并不是锂电池生产设备最合适的涂层，那为了既能够解决耐磨防腐使用，满足锂电池材料生产问题，又能够为后期使用带来方便。我司北京耐默公司是耐磨防腐技术方案解决服务商，从07年到现在11年的耐磨防腐经验及数万个磨损腐蚀问题解决案例，总结经验创新工艺，研发出来的KN1000纳米涂层解决了碳化钨涂层的后期3个问题，因为是非金属涂层所以既降低磁性异物PPB数值，实现了现场施工大大缩短工期，而且使用涂层周期是碳化物涂层的5到10倍，纳米涂层在4年的实际应用中得到了锂电正极原料、正极材料生产企业的一致认可，和数十家锂电池正极材料和正极原料厂家建立长期合作关系。有解决锂电池材料磨损、腐蚀及降低磁性异物PPB值需求的企业欢迎来电交流。
图（1）进口电池磁性异物超标被查
传统能源导致全球气温变化和环境污染，能源的供给侧改革逐渐提上日程。有些国家已经制定了传统能源汽车退出历史舞台的时间表，那么既能够给汽车提供动力支持，又能够有效的降低大气污染，选择什么材料呢？锂电池在乘用车领域的发光发热可谓是应运而生，迅速火遍全球。而政策性支持使我国新能源企业，如雨后春笋般遍地开花。而锂电池的组成分为：正极材料、电池隔膜、负极材料、电解液、电池壳等五个部分。其中决定锂电池质量、成本和安全性的关键点在是正极材料，而正极材料品质的关键点是振实密度和安全性，随着三元材料生产技术的成熟，高镍的三元材料已经逐渐占领了正极材料市场主导，振实密度问题除了有安全性、产品成本两个方面需要完善以外，已经基本解决了。而正极材料的安全性问题，有一个关键词就是磁性异物，磁性异物要求很高，PPB数值尽可能低到几个以内。
磁性异物大概率讲就是正极材料中有金属杂质的成分存在，例如铁、镍、锌、铬、铜等，还有前驱体、碳酸锂、硫酸镍、硫酸钴、四氧化三钴等正极原料生产过程中也要严格把关降低磁性异物。因为锂电池化成阶段的电压遇到这些金属元素的氧化还原电位后，这些金属就会先在正极氧化再到负极还原，当负极处的金属单质累积到一定程度，其沉积金属坚硬的棱角就会刺穿隔膜，造成电池自放电。自放电对锂离子电池会造成致命的影响，锂电池自燃甚至是爆炸，因而我们在新闻里看到的新能源汽车自燃爆炸、手机爆炸，多数都是因为锂电池自放电现象造成的爆炸给人民的资产和人身安全的重大损失，因而从源头上防止金属异物的进入就显得格外重要。
锂离子电池材料对磁性异物的要求非常高，国内电池厂家对锂电池正极材料磁性异物含量的要求一般为100ppb左右，高端电池厂家对锂离子电池正极材料中的磁性异物含量要求一般为50ppb左右，而国外动力电池公司对锂离子电池正极材料中磁性异物含量的要求则更高，例如特斯拉上的正极材料要求磁性异物控制在10ppb以内。目前国内电池材料磁性异物一般控制在50ppb以内，因为目前电池材料除磁性异物，一般只关注了干燥、筛分包装等后处理工序，以污染了再治理的方式利用电磁除铁器的方式除去磁性异物，电磁除铁已成为生产正极材料的必经工序，电磁除铁机被普遍使用，但该设备对非磁性金属物质如铜、锌等不起作用效果差，物料损耗大，成品率低。
正极材料多达10个生产工序，生产过程中的每个工序都有金属异物进入的风险，这就对材料供应商的设备及现场质量管理水平提出了更高要求。但材料供应商往往由于成本限制，其设备自动化程度较低，生产制造工序断点较多，不可控的风险增加。因此，电池制造商为了保证电池性能稳定，预防自放电发生，必须推动材料供应商从人、机、料、法、环五大方面防止金属异物引入。而正极材料的生产设备是金属异物引入的主要环节，比如跟物料接触的设备部件和工具出现氧化生锈导致脱落、固有材质磨损、腐蚀进入物料当中等现象，所以要降低磁性异物PPB 值，就必须对设备表面做涂层保护是每个电池材料商都要去做的。而且现在大部分电芯电池厂家在确定采购电池材料渠道的时候，必须参观下生产车间，确认设备表面是否有涂层，如果确认没有涂层的话就直接否决了采购洽谈，可见在电池材料生产设备上做涂层保护的重要性。
图（2）电动车自燃，原因多数是因为磁性物质超标自放电温度升高，引起自燃
图（3）正极材料混料叶片表面喷涂碳化钨涂层，涂层厚度0.3mm
但是碳化钨涂层有3个问题让电池材料生产商很是苦恼：
第一个问题：磨损周期短。因为碳化钨涂层厚度只有0.1-0.3mm，涂层能够磨损的周期时间较短。半年到两年就需要修复一次涂层。
第二个问题：修复工期长。拆卸、运输、制作、运输、安装，工期一般需要半个月到一个月。严重影响生产效率。
第三个问题：增加金属异物。任何一种涂层都会被磨损，磨损下来的材料会进入物料当中，碳化钨涂层磨损下来的材料进入电池材料当中，如果后面的工序有高温烧结，那么在500度的高温烧结下，碳化钨会分离出来钨，钨是具有良好的导电性能的。
综上所述碳化钨涂层解决了部分磨损和腐蚀问题，减少了物料直接冲刷造成的金属异物进入电池材料中。但是也增加了后续工作的困难性，甚至还增加了金属异物提高了磁性异物PPB数值。
所以碳化钨涂层并不是锂电池生产设备最合适的涂层，那为了既能够解决耐磨防腐使用，满足锂电池材料生产问题，又能够为后期使用带来方便。我司北京耐默公司是耐磨防腐技术方案解决服务商，从07年到现在11年的耐磨防腐经验及数万个磨损腐蚀问题解决案例，总结经验创新工艺，研发出来的KN1000纳米涂层解决了碳化钨涂层的后期3个问题，因为是非金属涂层所以既降低磁性异物PPB数值，实现了现场施工大大缩短工期，而且使用涂层周期是碳化物涂层的5到10倍，纳米涂层在4年的实际应用中得到了锂电正极原料、正极材料生产企业的一致认可，和数十家锂电池正极材料和正极原料厂家建立长期合作关系。有解决锂电池材料磨损、腐蚀及降低磁性异物PPB值需求的企业欢迎来电交流。
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