东莞新能源科技有限公司广东东莞523808
摘要：当今时代，各种新能源、新材料被开发和应用，提升产品性能是锂电池材料行业发展的必然趋势。《中国制造2025》明确提出"2020年我国锂电比能量达到300瓦时/千克，单体成本达到1元/瓦时"，需要创新质量控制方式以实现锂电池材料产品的一致性和批次稳定性的提升。
关键词：锂电池；材料制造；质量控制
引言
作为绿色环保的二次储存能源，锂电池主要由正极材料、负极材料、隔膜、电解液等构成,具有轻便、使用寿命长、高能量等优势，广泛应用于航空航天、电子科技、新能源汽车等重点领域。如何保证锂电池电芯批产性能的一致性，是锂电池材料行业研究的重要内容。锂电池材料的微小差别和制造工艺不可控，是导致电芯性能不一致的重要因素；设备状态、生产工艺状态的质量控制不稳定，同样是影响锂电池材料生产的重要因素。
1锂电池概述
锂电池的主要能量来源是通过在液体或固体环境中锂离子在正负极之间运输产生，这就意味着，锂电池的充电性能以及放电性能的强与弱取决于锂离子传输的线路以及速度。锂电池的正极材料主要是钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴酸锂以及其混合材料共同合成。锂电池的负极材料主要由人造石墨、干性天然石墨等共同组成。锂电池的隔膜材料主要是聚丙烯薄膜、聚乙烯薄膜或者两者的复合薄膜。锂电池的电解液主要由六氟磷酸与EC、PC、DMC、DEC以及EMC等溶剂通过一定配比配成。
2锂电池材料制造质量控制主要内容
2.1过程质量控制的数字化
过程质量控制数字化包括质量数据采集和对过程质量数据趋势进行监控两方面。
质量数据采集主要包括生产设备工艺控制参数、质量检测设备检测结果、人工质量检测结果等生产过程数据，覆盖锂电池原材料、半成品和成品。对质量控制关键数据自动在线采集，保证产品质量档案的详细与完整；提高数据采集的实时性，为锂电池材料质量数据的实时分析创造条件。
质量监控要求对过程质量数据趋势和综合指标进行统计监控，其中：
(1)过程质量数据趋势监控：主要用于独立质量指标的原始数据监控，具有采集频率高、实时性强的特点，通过设定指标参数的报警界限，对超出界限的数据及时报警。通常由生产组态软件开发实现，以趋势图为主要展现形式；
(2)综合指标统计监控：主要用于基于原始数据的综合质量指标的统计监控，可以融合多种监控标准和统计算法对指标进行综合运算，并定时刷新，使监控更宏观，更有针对性。通常由生产制造执行系统(MES,ManufacturingExecutionSystem)或独立质量系统开发实现，以SPC控制图、预控图等为主要展现形式。
2.2过程质量控制的标准化
(1)生产设备质量控制
在生产过程，对搅拌、涂布、分条等生产设备的仪表、传感器、计数器等的质量控制成为直接反应生产过程是否正常的最即时、最直观的数据。
根据设备传感器采集的关键质控数据，分析和判定所要求的精度，并在超出范围时实施报警或在授信范围内进行处理。中央控制室确保每台设备都处于在线可控模式；生产采用单独控制系统，实现关键工序自动运行，工序间设备能实现自动运转；流程采用分散控制系统(DCS，DistributedControlSystem)、数据采集与监视控制系统(SCADA，SupervisoryControlAndDataAcquisition)等生产过程控制与调度自动化，生产设备传感器采集数据包括但不限于温度、重量、长度、厚度、能量、容量、电流、电压等数据。
(2)生产过程产品质量控制
生产过程产品质量控制是指在生产过程中对物料的品质进行取样控制、质量检验及统计分析。物料经过检测工位时，进行取样，根据需要检测的内容，使用检测仪器或采取对应的方法，对生产中的物料进行多频次监测。根据采集的样品进行精确分析，并录入及时上传到服务器，供生产、工艺及质量部门调取查看，根据质量数据指导下一步操作。质量数据可通过数字化车间信息系统进行采集，保存以及追溯，相应权限的部门可以查看、追溯数据，并对原料进入和成品出库起到辅助作用。
3锂电池材料制造质量控制新思路
3.1信息系统的建设
数字化车间信息系统是通过自顶到底的全局信息模型传递实现网络融合及数据集成，由设备层，通讯层和数据层组成，通过TCP\IP、串口/并口等多种现场总线、实现与制造过程相关设备无缝对接。通讯层支持Socket、WebService、文本文件、数据库等设备访问方式，实时获取设备相关质量数据、运行参数、环境数据的实时采集。选择锂电池材料行业典型企业(湖南某新能源有限公司、四川某新材料有限公司等)进行信息系统的推广应用。这些企业通过建设综合信息化质量管理平台，逐步实现"管控一体化"的管理目标，实现由粗放型管理向精细化管理转变，由静态控制向动态控制转变，由事后控制向事前控制和事中控制转变，由被动管理向主动管理转变，由程序管理向工序管理转变，进一步提升锂电池材料行业的过程质量管理水平。
3.2应用场景
以某公司钴酸锂材料(LiCoO2)生产线为对象，融合数字化手段，通过合理设置设备质量监控点和产品生产过程质量检测点并采集质量数据，并通过MES质量管理模块，实现实时显示与分析，以验证锂电池材料过程质量控制合理性、可行性和适用性。
(1)生产设备质量控制-通过电子看板和计算机具备的可视化能力和人机交互能力实现物料处理、输送、储存等工序的自动化，并将处理、输送、储存的数据通过传感器采集后上传分析和判定；实现车间生产与管理的可视化；中央控制室确保在线可控；生产采用单独控制系统，流程采用DCS、SCADA等生产过程控制与调度自动化。
(2)产品质量过程控制-在生产过程中对产品品质进行取样监控、质量检验及统计分析。工位具备通信接口，能够与其他设备、装置以及执行层实现信息互通，并可通过车间级通信与监测系统，各个取样点具备生成当前产品批号能力，对取样操作进行辅助。根据采集的样品进行精确分析，并录入及时上传到服务器，供生产和工艺及质量部门调取查看，并根据质量数据指导一步操作。90%的数据可通过数字化车间信息系统进行采集，保存以及追溯，相应权限的部门可以查看、追溯数据，并对原料进入和成品出库起到辅助作用。
图1MES架构和功能图
(3)MES系统-通过智能核心装备与MES系统集成，可对生产进度、产品状态、质量指标和设备状态进行全程跟踪。对关键生产运行指标、质量事故和设备故障信息，通过生产报表、界面显示、手机短信等多种方式
进行显示和报警；将设备层采集到的质量数据进行监控管理，对采集的基础数据进行分析处理，并提供数据接口将处理后的数据集成到后一系统的企业资源计划(ERP，EnterpriseResourcePlan)内。MES架构和功能如图1所示。
结语
目前，我国锂电池材料行业正处在半自动化制造向数字化制造转型升级的过渡阶段，本文提出了锂电池材料制造数字化建设与质量控制标准应用相结合的新思路，有利于管控设备质控、产品质控等关键环节，提升产品一致性、批次稳定性和降本增效，带动安全可控智能核心装备和锂电池材料制造整线集成的创新与应用。
参考文献
[1]国务院.中国制造2025[M].国家制造强国建设战略咨询委员会,2015.
[2]林锦国,张利,李丽娟.过程控制[M].南京:东南大学出版社,2009.
[3]GB/T20720.3-2010.企业控制系统集成第3部分：制造运行管理的活动模型[S].北京:中国标准出版社,2010.
作者简介
黄晓坤（1985-），男，本科，研究方向：锂电池项目管理。