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  • 凈化工程公司

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    鋰電池潔凈廠房(磷酸和三元電池)無塵車間設計

    發布時間:2022-03-21
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    一、鋰電池的基本認識

            鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為材料、使用非水電解質溶液的電池。由于鋰金屬的化學特性非?;顫?,使得鋰金屬的加工、保存、使用,對環境要求非常高。鋰、飾與其高能量的金屬,當大氣中的水氣使其腐蝕后,會起火而造成危害。因此,必須采取有效的措施來保證空氣濕度符合要求。

    二、常見的兩種電池生產工藝流線

    (一)磷酸鐵鋰電池

    1、工序①

            正極粉體上料20%→正極合漿→正極涂布20%-45%→正極輥壓20%→正極分條2、20%→正極模切20%→正極二分20%

    2、工序②

            負極粉體上料20%→負極合漿→負極涂布20%-45%→負極輥壓20%→負極分條20%→負極模切20%→負極二分40%

    3、工序③

            隔膜45%將工序①②③→卷繞疊片20%→電芯裝配20%→干燥露點-50%→注液(露點-50℃)→負壓化成(露點-30%)→二次注液(露點-50℃)→密封釘焊接(露點-50℃)→貼膜→常溫靜置→定容→模塊組裝→Pack集成→Pack出廠

    (二)三元鋰電池

    1、工序①

            正極粉體上料2%-20%→正極合漿→正極涂布2%-20%→正極輥壓2%-20%→正極分條2%-20%→正極模切2%-20%→正極二分2%-20%

    2、工序②

            負極粉體上料30%→負極合漿→負極涂布45%→負極輥壓45%→負極分條45%→負極絕緣層合槳2%-20%→負極絕緣層涂布20%→負極二次輥壓20%→負極模切45%→負極二分45%

    3、工序③

            隔膜45%將①②③→卷繞疊片2%-20%→電芯裝配2%-20%→干燥露點-30%→注液(露點-50℃)→負壓化成(露點-30%)→二次注液(露點-50℃)→密封釘焊接(露點-30℃)→貼膜→常溫靜置→定容→分選(此步后也可單體成品出廠)→模塊組裝→Pack集成→Pack出廠

    三、生產工藝(全自動干燥線)方式的選型

            目前全自動干燥線主要有兩種,一種是由烘箱+自動化轉運系統組成的干燥線,另一種是隧道式干燥線。第一種干燥線其布置房間需控制濕度在露點-50 ℃以下,而隧道式干燥爐由于干燥過程中電池一直在隧道爐內,干燥線布置區域無需濕度控制,只需在出爐間控制濕度在露點-50 ℃以下即可,可極大地減少低濕區域的面積。

    五、鋰電池生產車間的關鍵工序

            封口、注液工序操作的電芯、殼體均已通過干燥處理,因此對車間內空氣中的水分極其敏感,一旦房間內空氣中水分含量過高被電池吸收,會造成電池鼓脹、漏液等諸多問題,因此對鋰電池封口、注液工序進行有效的環境控制是鋰電池生產過程中非常重要的環節。

            電池注液工序對濕度控制特別嚴格,將烘干后的電池轉運到手套箱或注液機內添加電解液,注液后電池經過焊接封口等工序成為成品電池,然后轉人化成車間化成。

            電池干燥件和電池注液手套箱內是電池與外界接觸的地方,該工位環境控制應非常嚴格,以保證鋰電池正常生產要求,正常鋰電池生產要求水分含量露點要求低于-40℃,實際工作中一般選取露點低于-35 ℃、-50℃不等,露點越低,配備的除濕機就越大,設備投資及運行費用就相應增加。

            電池干燥間、自動注液機內露點要求非常高,電池干燥間、自動注液機內露點要求非常高,普通空調系統無法滿足低露點環境,考慮到人員對環境露點影響,各干燥區域也對人數有嚴格限制。轉輪除濕機在鋰電池除濕方面有無法比擬的優越性應用先進技術,可以把處理空氣處理到相對濕度范圍為0.5%~100%。

    四、鋰電池生產環境控制的關鍵

            不同形狀鋰電池的差別主要在注液到貼膜之間的幾個工序,合景凈化工程公司認為,確定環境濕度控制的關鍵是:注液后的電池狀態,是否封口,如注液后封口,則其后續工序無特殊濕度要求,如未封口,則至少需保證露點-30 ℃的濕度控制。由于方形金屬殼采用負壓化成,注液后未封口,所以化成時要保證露點-30℃的濕度。封口/一封時由于要防止注液后揮發的電解液與空氣中的水分發生反應,其濕度也需控制在露點-50℃以下。

    五、鋰電池潔凈廠房生產車間除濕方式的選擇和確定

            現行的空氣除濕方式有:冷卻除濕,液體吸附劑除濕,固體吸附劑除濕,膜除濕等。

            目前,空氣除濕主要有冷卻除濕和轉輪除濕。

    (一)冷卻除濕

            冷卻除濕在高溫高濕的環境且對濕度要求不是很嚴格的條件下,效果還是比較好,但在除濕量比較大且環境溫度比較低的環境中,濕度和溫度要求比較高的地方,采用冷卻除濕就很難達到所控制的濕度要求,并會出現冷凝結露現象且能耗也是比較大的,因為空氣只有冷卻到露點溫度以下(一般約為15 C)才能進行除濕,這就需要把被處理的空氣處理到露點溫度以下后進行除濕,處理后的空氣溫度(約為15 C)是比較低的,并不能直接送人室內,因為在低溫的環.境中會使人身體不適,所以就要求把處理后的空氣溫度再加熱到人體比較適合的溫度(一般約為23°C),從而在把被處理的空氣先降溫到露點溫度。

            進行除濕再加熱升溫到舒適的環境溫度在能耗消耗上是比較大的。并要求在某些過渡季節甚至冬季同樣需要開啟制冷機組,目的儀僅定陳it3風進行降溫除濕)。而后再通過后加熱竹償的力式,重新控制室內的溫度要求,浪費了大量的能源。

    (二)轉輪除濕機

            轉輪除濕機進行除濕,將不受空氣露點影響,且除濕量大。輪除濕機是利用固體吸亞劑做成的轉輪進行旋轉除濕的設備。轉輪陳濕機的核心結構為一不斷轉動的蜂窩狀干燥轉輪,它是除濕機吸收水分的最關鍵的部件,是出含有少許金屬鈦的特殊玻璃纖維載體和沽性在版合而成,其蜂窩狀的結構設計,不僅能夠極大限度的附著吸濕劑,增加濕空氣與吸濕劑相昱.撥融的表面積,提高除濕機的工作效率,而且具有很高的強度,能夠很好的適用于各種復雜的工作環境。

            因此,在鋰電池行業較為常用的除濕方式為轉輪除濕。鋰理電池生產過程中前段工序如攬拌一般濕度控制在相對濕度20%~40%的社裝配一般控制在相對濕度10%~40%。每一個廠家根據材料和生產規模的不同,制定不同的工藝要求。個別的特殊工藝,前段工序也有相對濕度在1%左右的要求。

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    六、鋰電池生產車間除濕空調系統

    (一)鋰電池生產車間除濕空調系統分類

            1、普通濕度需求空調房間,如原材料庫房、極耳膠物料間、銅、鋁箔拆箱區等房間,其濕度控制需求為≤60%,該需求可通過冷卻除濕實現;

            2、低濕需求空調房間,如取樣間、極耳膠合漿間、正極混切間等房間,其濕度控制需求為≤20%,以及負極鯤切間、負極激光模切間等房間,其濕度控制需求為≤45%,該需求通過冷卻除濕很難實現,因此往往通過轉輪除濕機組處理后來滿足使用需求,機組中設置一級轉輪除濕段﹔

            3、低露點濕度需求空調房間,如電池拆解間、干燥間以及注液間等房間,其濕度控制需求為露點≤-30 ℃,甚至更高,該需求現有的一級轉輪除濕機組很難滿足工藝需求,工程中一般設置兩級轉輪除濕段對房間空氣進行處理,以滿足使用需求。

    (二)鋰電池生產車間散濕量及其特點

            鋰電池生產車間不同于普通的工業生產車間,其對環境濕度的要求極其嚴苛,因此在空調系統選型計算時,應對低濕以及低露點要求的工藝生產環境進行嚴格的濕負荷計算,且散濕量應包括如下內容:

    1)人體散濕量;

    2)圍護結構散濕量;

    3)原材料及包裝材料散濕量;

    4)工藝過程的散濕量﹔

    5)各種潮濕表面的散濕量;

    6)滲透空氣帶入的濕量;

    7)新風帶入的濕量。

    (三)鋰電池生產車間低濕空調系統布置原則

            空氣調節系統劃分的原則除應符合現行國家標準《工業建筑供暖通風與空氣調節設計規范》GB 50019和《電子工業潔凈車間設計規范》GB 50472。

           合景凈化工程公司在項目設計規劃期與業主方協調一致后,應該將鋰電池工廠供暖、通風、空調與空氣凈化系統的設計應滿足生產工藝對生產環境的要求。潔凈室(區)及干燥房的氣流組織應根據潔凈度、露點溫度以及生產工藝要求確定。

    1、干燥房與一般空調房間應分開設置空氣調節系統;

    2、露點溫度差別大的干燥房應分開設置空氣調節系統;

    3、有潔凈度要求的干燥房與無潔凈度要求的干燥房應分開設置空氣調節系統;

    4、正極生產車間和負極生產車間應分開設置空氣調節系統;

    5、產塵量大的車間應設置獨立的空氣調節系統,并應配置粉塵處理裝置。

    (四)鋰電池生產車間除濕空調系統的特殊要求

    1、風管材質要求

            在鋰電池生產車間中,低露點空調系統的送、回風管常采用不銹鋼板,采用厚度不小于1.0 mm厚的不銹鋼板制作,采用氬弧焊滿焊焊接。由于低露點空調系統送、回風管道中的空氣含濕量極低,為了避免外界空氣對風管內空氣的二次污染,因此采取了這一做法,盡可能的降低風管漏風率,保證漏風率不大于0.5%甚至更低。

    2、高溫化成間氣流組織

            化成是鋰電池生產過程中的重要工序,化成時在電池的負極表面形成一層鈍化層,即固體電解質界面膜(SEI膜),SEI膜的好壞直接影響到電池的循環壽命、穩定性、自放電性、安全性等電化學性能。高溫化成間的工藝需求一般為:吊頂高度在4m以上,溫度要求為45士3 °C,濕度要求露點≤- 30°C。常規的空調系統設計中很少遇到45士3 °C 的高溫需求的情況,同時由于高溫化成間在鋰電池生產車間內所占面積極小,容易被設計忽視。

            下送上回的氣流組織形式要與工藝設備布局緊密結合,需要耗費大量的精力去設計。因此目前鋰電池生產車間高溫化成間的氣流組織習慣性采取上送,上回或者上送下回等形式,未考慮熱空氣呈自然上升趨勢的物理現象,造成房間溫度場極其不均勻,溫度梯度過大(上下溫差最大達到10C以上),房間吊頂處溫度過高(>60°C),燈具及噴頭長期處于高溫環境中存在安全隱患等問題,這些問題的存在大大影響了工藝生產。

    (五)低露點空調系統設計

            目前已運行鋰電池生產車間大部分低露點空調房間均存在過渡季節溫度過低(<18 ℃)問題,而房間溫度過低會造成電解液凝結、結晶等情況的出現,因此必須避免出現房間溫度過低的情況。上述情況的出現是由于經過二級轉輪處理后的空氣溫度基本保持在1516℃左右,加上過渡季節室外氣溫較低,房間冷負荷較低,不足以將房間溫度升至18 ℃以上,而此時集中的熱源并未開啟使用。因此針對過渡季節房間溫度過低(<18℃)的問題,為了確保實際使用當中嚴格滿足工藝需求,低露點空調機組末端應增加電輔熱措施,以保證過渡季節房間的工藝需求。

    (六)生產車間小環境(房中房)

            鋰電池潔凈廠房生產車間為了盡可能的降低要求較高區域的體積,因此設置了很多房中房,也就是鋰電池生產車間所說的“小環境”。小環境一般是由亞克力板或不銹鋼板等制作而成。

            由于小環境的圍護結構無法安裝高效送風口,因此對于潔凈度要求較高的小環境,目前常見的做法是在空調機組內增加高效過濾段,末端送風管道由小環境上方送入,回風通過均勻布置在小環境周邊的回風立管下側的回風口回至空調機組,小環境頂與大環境吊頂之間高差較?。?lt;500 mm)的情況,可考慮取消小環境頂板,直接與大環境吊頂連接,末端高效送風口則可設置在吊頂板上。


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