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摘要：锂电池材料产业是世界上最具竞争力的产业之一。属于新能源、新能源汽车、新材料等“中国制造2025”三大战略性新兴产业重点发展领域。锂电池材料的工艺质量控制需要精细的质量控制，其微小的差异和不可控的制造过程是导致锂电池电池性能不一致的重要因素。为了更有效地提高产品的一致性和批稳定性，提出了降低成本、提高效率的目的。如何控制锂电池材料的质量已成为国内电池行业非常重要的问题。本文分析了锂电池材料制造过程质量控制的思路、主要内容和应用场景。
关键词：锂电池材料；过程质量控制；数字化；标准化
锂电池作为一种绿色环保的二次储能能源，主要由正极材料、负极材料、隔板、电解液等组成，具有便携性、移动性、高能量等优点，广泛应用于航空航天、军事装备、新能源汽车等重点领域。如何保证锂电池电池量产性能的一致性，是锂电池材料产业研究的重要内容。锂电池材料的微观差异和不可控的制造工艺是导致电池性能不一致的重要因素；设备状态和生产工艺状态质量控制不稳定也是影响锂电池材料生产的重要因素。因此，开展锂电池材料制造数字化建设，研制《锂电池材料行业数字化车间过程质量控制系统集成规范》并在企业现场推广应用是十分必要的。通过数字化建设和标准应用，聚焦生产设备和产品制造过程的质量控制，规范质量控制关键点数据采集、工艺关键点数据控制、综合质量信息数字化管控，实现 90%以上的质量数据自动采集、自动保存和可追溯，对实现锂电池材料过程质量的精准控制、提升产品一致性和批次稳定性都有极大地促进作用。
一、过程质量控制
目前，我国锂电池材料制造企业数字化水平还不高，应用制造执行系统（MES）企业还不多，MES质量管理模块在锂电池材料行业的应用还不规范，质量控制关键点要求不明确，工艺控制关键点要求不统一等，由于材料性能的不一致导致电芯性能的不一致已成为行业发展的痛点，难以满足锂电池材料制造过程质量精细管控的需要。《中国制造 2025》指出 2020 年我国新型锂离子电池将实现产业化，锂电池材料生产过程质量控制要求越来越高[1]。
1.1 总体思路
锂电池材料制备流程可概括为：" 配料 / 混料、烧结/ 破碎、粉碎 / 除铁、混合 / 包装 " 工序，过程质量控制体系涵盖锂电池材料生产全过程，包括配混料、烧结、破碎、除铁、包装等生产设备质量控制；锂化合物、镍钴化合物、掺杂等材料生产过程质量控制；采集数据管理三方面[2]。结合锂电池材料行业过程质量控制的实际情况和要求，梳理出过程质量控制系统集成规范的关键要素：
（1）统一规范生产设备监测数据
通过对各环节设备的仪表（或传感器）进行数据采集、控制与判定；通过系统判定或人工干预可对设备进行直接管控，具有直观性、即时性的特点。
（2）统一规范物料过程检测数据
通过集成在线检测或者输入各个环节对原料、中间品、成品的取样分析化验数据，实现生产过程的质量控制与判定。
（3）SPC（Statistical Process Control 统计过程控制）质量数据分析通过质量数据的采集、传输、存储与分析，强化过程质量管理，实现质量问题的可追溯。
1.2 主要内容
1.2.1 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，覆盖原材料、零部件、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，Manufac-turing Execution System）或独立质量系统开发实现，以SPC控制图、预控图、仪表盘等为主要展现形式。
1.2.2 过程质量控制的标准化
基于数字化基础，我们研制了《锂电池材料行业数字化车间过程质量控制系统集成规范》，规范了生产设备质量控制、生产过程产品质量控制，以及采集数据的管理。
二、信息系统推广应用能力
2.1 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。
2.2 应用场景
过程质量控制与产品生产息息相关，以湖南某公司钴酸锂材料（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，优化《锂电池材料行业数字化车间过程质量控制系统集成规范》部分条款内容。
（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。
结束语
目前，我国锂电池材料行业正处于由半自动制造向数字化制造过渡的阶段。提出一个新的想法相结合的数字化建设锂电池材料生产与应用程序的质量控制标准，这有利于控制等关键环节的设备质量控制和产品质量控制，提高产品一致性、批次稳定性，降低成本和效率，以及驱动安全性和可控性的智能核心装备创新应用与锂电池材料制造线一体化。
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]王莉，何向明，高剑，等.锂离子电池正极材料生产技术的发展[J].储能科学与技术，2018（5）：888-896.