罗 强，严润华，谢长辉，赵建平，黄开成
（四川能投鼎盛锂业有限公司，四川 眉山620010）
［摘 要］近年来锂离子电池得到飞速发展，而锂离子电池中微量金属杂质会影响其安全性与使用寿命，为适应市场需求，广大碳酸锂生产厂商均采取了相应措施对磁性异物进行管控。系统性梳理与分析碳酸锂生产原辅料与生产过程，认为锂辉石精矿与辅料中含有一定量的磁性物质，以及生产过程中的物料冲刷和设备机械磨损，是电池级碳酸锂产品中磁性物质的主要来源。四川能投鼎盛锂业有限公司目前主要通过管控锂辉石精矿中的Fe2O3含量、采用间接加热或电加热及二次蒸汽加热等方式来减少或避免原辅料中磁性异物引入，同时通过选取性能优异的除磁设备、合理安排除磁工艺、加强现场管控及大量使用非金属材料设备等措施来减少或避免设备机械磨损而致的磁性异物引入，从而确保碳酸锂产品磁性物含量合格。
［关键词］电池级碳酸锂；磁性异物；来源分析；锂辉石精矿；加热蒸汽；设备机械磨损；管控措施
［中图分类号］TQ115 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2021）06-0078-03
1 概 述
21世纪伊始，环境问题不断涌现，世界对于能源安全与环境问题关注度不断加大。新能源汽车作为绿色环保产品逐渐进入公众视野，成为各界追逐的热点［1］。锂离子动力电池是新能源汽车的核心部件，包括电池正极、电池负极以及电解液［2］。目前磷酸铁锂和部分三元正极材料以及六氟磷酸锂电解液主要原料均为碳酸锂［3-4］，因此，随着动力电池市场的增长，碳酸锂需求量亦在不断增长。
近年来，锂离子电池得到飞速发展，但其安全性以及能量密度亦成为讨论的热点。有研究表明，锂离子电池中微量金属杂质会影响其安全性与使用寿命：当外接电源电压高于电池正极中金属异物［铁（Fe）、铜（Cu）、铬（Cr）、镍（Ni）、锌（Zn）、银（Ag）等］氧化还原电位时，电池正极中金属异物便会被氧化成金属离子迁移至电池负极，并沉积于电池负极，以金属枝晶附着于锂离子电池负极，金属枝晶刺穿隔膜便会造成锂离子电池内部短路而急剧自放电［5-7］，而锂离子电池自放电不仅影响其续航能力，同时急剧的自放电可能导致动力电池热失控，甚至自燃、爆炸。因此，动力电池制造全过程须对金属磁性异物进行严格管控。2013年4月25日中华人民共和国工业和信息化部发布（2013年9月1日实施）的有色金属行业标准《电池级碳酸锂》（YS/T 582—2013）规定，电池级碳酸锂磁性异物不得超过3 000×10-9。但是，随着行业技术的发展，众多电池材料厂商认为该标准逐渐不再适应市场需求，纷纷制定了磁性异物含量（100～200）×10-9的电池级碳酸锂个性化采购要求。
为适应市场需求，广大碳酸锂生产厂商均采取了相应措施对磁性异物进行管控，但绝大部分研究与分析仅局限于电池级碳酸锂生产过程中磁性异物的管控措施，忽略了对磁性异物来源进行深入分析。
2 磁性异物来源分析及管控措施
为利于从源头上加强磁性物质管控，以下从生产原辅料、生产过程两方面对电池级碳酸锂产品中磁性异物来源及其管控措施进行简要分析。
2.1 原辅料中磁性异物来源及管控
碳酸锂生产的主要原料为锂辉石（Li2O·Al2O3·4SiO2）精矿，天然锂辉石是一种典型的花岗伟晶岩矿，常与钽铌铁矿伴生，虽然锂辉石选矿经过了磁选高价值钽铌精矿［8］，但是钽铌回收率一般不高于50%。四川能投鼎盛锂业有限公司（简称鼎盛锂业）在对锂渣进行综合利用时，发现锂渣中仍含有一定量的钽铌精矿，并通过磁选的方式成功进行了分离。锂渣磁选产生的钽铌精矿成分为（Ta+Nb） 85.27%、Fe 13.77%、Li2O 0.74%、H2O 0.22%，换言之，磁选钽铌精矿后的锂辉石精矿中仍有一定量的含铁物质。一般来说，锂辉石精矿中的Fe2O3的含量在1.0%～1.5%，随选矿工艺不同略有差异。因此，碳酸锂生产原料——锂辉石精矿中含有一定量的磁性物质，可能是造成产品磁性物含量升高的原因之一。目前，鼎盛锂业主要通过管控原料锂辉石精矿中的Fe2O3含量来降低磁性异物的带入，以减轻后端磁性异物处理负荷。
更多内容详见《中氮肥》2021年第6期