Контроль магнитных примесей в графитовых изделиях: почему это вызывает такую озабоченность у покупателей аккумуляторов

При закупке натурального чешуйчатого и сферического графита покупатели чаще всего обращают внимание на такие показатели, как чистота и размер частиц. Однако при использовании этих продуктов в качестве анодов литий-ионных аккумуляторов один показатель, который легко упустить из виду в стандартных протоколах испытаний, может заставить заказчиков аккумуляторов рассматривать эту проблему как серьезную угрозу — содержание магнитных примесей. Следовые количества частиц магнитных металлов — таких как железо, хром, никель и цинк — могут вызывать микрокороткие замыкания или ускорять саморазряд внутри батареи; в крайних случаях они могут даже привести к возгоранию батареи. Как производитель природного чешуйчатого графита с более чем 30-летним опытом работы в графитовой отрасли, мы объясним, почему магнитные примеси вызывают такую озабоченность у покупателей аккумуляторов и как эффективно контролировать их содержание.

Под магнитными веществами в графите в первую очередь понимаются частицы магнитных металлов — таких как железо (Fe), кобальт (Co), никель (Ni) и хром (Cr) — и их оксиды, которые присутствуют как в элементарной, так и в легированной форме. Источниками этих частиц являются: магнетит, пирит и другие минералы, естественным образом связанные с рудой; металлическая стружка, попадающая в сырье в результате износа оборудования во время переработки; а также металлические примеси, попадающие в сырье в ходе таких процессов, как измельчение и дробление. В литий-ионных аккумуляторах графит служит основным активным материалом анода. Если магнитные металлические частицы попадают в натуральный чешуйчатый или сферический графит, они могут проколоть сепаратор во время заряда и разряда аккумулятора, вызывая микрокороткие замыкания между анодом и катодом и ускоряя саморазряд аккумулятора. В крайних случаях микрокороткие замыкания могут привести к локальному перегреву, что может вызвать термический разгон или даже возгорание и взрыв. Кроме того, производители аккумуляторов крайне строго относятся к содержанию магнитных материалов — отраслевые стандарты требуют, чтобы содержание магнитных примесей в анодных графитовых материалах не превышало 0,0001 % (т. е. 1 ppm), а для аккумуляторов высокого класса требуется уровень ниже 0,1 ppm. Некоторые компании прямо указали содержание магнитных материалов в качестве ключевого показателя в технических характеристиках своей продукции, требуя, чтобы оно не превышало 2,0 ppm.

Чтобы удовлетворить строгие требования заказчиков аккумуляторов в отношении магнитных примесей, производители графита должны внедрять меры контроля на нескольких этапах. Во-первых, это сортировка сырья: отбор руды с низким содержанием магнитных минералов для уменьшения попадания магнитных примесей в горнодобывающую систему уже на этапе добычи. Второй этап — процесс магнитной сепарации: после каждого этапа очистки, формования и сортировки графита для удаления примесей используются высокомощные магнитные сепараторы (напряженность магнитного поля ≥ 0,4 Тл). На линиях по производству сферического графита многоступенчатая магнитная сепарация также проводится после таких процессов, как сферонизация, нанесение покрытия и карбонизация. В-третьих, контроль технологического процесса: следует избегать использования оборудования, которое может привносить металлические примеси (например, станы для углеродистой стали), и использовать износостойкие материалы, такие как керамика или высокомарганцевая сталь, чтобы снизить вторичное загрязнение в процессе переработки. Кроме того, перед тем как готовая продукция покидает завод, содержание магнитных примесей должно проверяться в строгом соответствии с методами, указанными в Приложении K к стандарту GB/T 24533-2019. К распространенным методам анализа относятся ICP-OES или ICP-MS с пределами обнаружения на уровне 0,09–0,3 мкг/кг.

Содержание магнитных примесей в природном чешуйчатом графите и сферическом графите может показаться второстепенным параметром, однако оно напрямую связано с безопасностью литий-ионных аккумуляторов — микрокороткие замыкания, ускоренный саморазряд и даже термический разгон тесно связаны с этими «невидимыми частицами». Именно поэтому заказчики аккумуляторов уделяют особое внимание содержанию магнитных примесей при закупке графитовых продуктов. Наши продукты из натурального чешуйчатого и сферического графита проходят многоступенчатые процессы магнитной сепарации в ходе производства, чтобы гарантировать, что содержание магнитных примесей стабильно соответствует требованиям заказчиков, использующих графит для производства аккумуляторов.