中國粉體網(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(shù)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(zhì)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(dǎo)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(shù)的發(fā)展，眾多電池材料廠商認為該標準逐漸不再適應(yīng)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(zhì)量不穩(wěn)定的產(chǎn)品不會再有市場，將被淘汰出局。為適應(yīng)市場需求，廣大碳酸鋰生產(chǎn)廠商均采取了相應(yīng)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(zhì)。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(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(jié)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(zhì)，存在氧化腐蝕，蒸汽沖刷機械剝離等因素導(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(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(shè)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(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(shè)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(zhì)基礎(chǔ)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(shù)和先進設(shè)備，都必須由人來完成，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。在操作不當時，磁性物質(zhì)很容易被引入。員工應(yīng)先從意識上認識到磁性物質(zhì)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(dǎo)致磁性物質(zhì)的引入。
物料
對生產(chǎn)要用到的原輔料提出磁性物質(zhì)含量標準，并對到貨的原料也要增加磁性物質(zhì)的檢測項目，防止因原料中磁性物質(zhì)過高而影響最終的產(chǎn)品質(zhì)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(zhì)的引入點。
對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)，采用多層纏繞膜進行防護。
機器和設(shè)備
對生產(chǎn)現(xiàn)場所用工器具進行排查，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(shè)備予以更換。
增加除磁設(shè)施，對溶液入料加裝管道除鐵器，對固體物料加裝旋轉(zhuǎn)除鐵器和電磁除鐵器。對所有鐵質(zhì)設(shè)備進行排查，可以用其他材質(zhì)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(shè)備、將螺旋輸送物料改為皮帶輸送或者真空上料裝置。通過選取性能優(yōu)異的除磁設(shè)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(jié)
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(shù)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(guān)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(shù)新工藝新設(shè)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(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，電池級碳酸鋰制備過程中磁性物質(zhì)增加原因分析及降磁措施，山東瑞福鋰業(yè)有限公司
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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