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鋰電池潔凈廠房(磷酸和三元電池)無塵車間設(shè)計

發(fā)布時間:2022-03-21
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一、鋰電池的基本認(rèn)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(zhì)溶液的電池。由于鋰金屬的化學(xué)特性非常活潑,使得鋰金屬的加工、保存、使用,對環(huán)境要求非常高。鋰、飾與其高能量的金屬,當(dāng)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(chǎn)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(fù)極粉體上料20%→負(fù)極合漿→負(fù)極涂布20%-45%→負(fù)極輥壓20%→負(fù)極分條20%→負(fù)極模切20%→負(fù)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(fù)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(fù)極粉體上料30%→負(fù)極合漿→負(fù)極涂布45%→負(fù)極輥壓45%→負(fù)極分條45%→負(fù)極絕緣層合槳2%-20%→負(fù)極絕緣層涂布20%→負(fù)極二次輥壓20%→負(fù)極模切45%→負(fù)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(fù)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(chǎn)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(zhuǎn)運系統(tǒng)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(nèi),干燥線布置區(qū)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(qū)域的面積。

五、鋰電池生產(chǎn)車間的關(guān)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(nèi)空氣中的水分極其敏感,一旦房間內(nèi)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(jìn)行有效的環(huán)境控制是鋰電池生產(chǎn)過程中非常重要的環(huán)節(jié)。

        電池注液工序?qū)穸瓤刂铺貏e嚴(yán)格,將烘干后的電池轉(zhuǎn)運到手套箱或注液機內(nèi)添加電解液,注液后電池經(jīng)過焊接封口等工序成為成品電池,然后轉(zhuǎn)人化成車間化成。

        電池干燥件和電池注液手套箱內(nèi)是電池與外界接觸的地方,該工位環(huán)境控制應(yīng)非常嚴(yán)格,以保證鋰電池正常生產(chǎn)要求,正常鋰電池生產(chǎn)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(shè)備投資及運行費用就相應(yīng)增加。

        電池干燥間、自動注液機內(nèi)露點要求非常高,電池干燥間、自動注液機內(nèi)露點要求非常高,普通空調(diào)系統(tǒng)無法滿足低露點環(huán)境,考慮到人員對環(huán)境露點影響,各干燥區(qū)域也對人數(shù)有嚴(yán)格限制。轉(zhuǎn)輪除濕機在鋰電池除濕方面有無法比擬的優(yōu)越性應(yīng)用先進(jìn)技術(shù),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(chǎn)環(huán)境控制的關(guān)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(rèn)為,確定環(huán)境濕度控制的關(guān)鍵是:注液后的電池狀態(tài),是否封口,如注液后封口,則其后續(xù)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(fù)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(fā)的電解液與空氣中的水分發(fā)生反應(yīng),其濕度也需控制在露點-50℃以下。

五、鋰電池潔凈廠房生產(chǎn)車間除濕方式的選擇和確定

        現(xiàn)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(zhuǎn)輪除濕。

(一)冷卻除濕

        冷卻除濕在高溫高濕的環(huán)境且對濕度要求不是很嚴(yán)格的條件下,效果還是比較好,但在除濕量比較大且環(huán)境溫度比較低的環(huán)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(dá)到所控制的濕度要求,并會出現(xiàn)冷凝結(jié)露現(xiàn)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(jìn)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(jìn)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(nèi),因為在低溫的環(huán).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(jìn)行除濕再加熱升溫到舒適的環(huán)境溫度在能耗消耗上是比較大的。并要求在某些過渡季節(jié)甚至冬季同樣需要開啟制冷機組,目的儀僅定陳it3風(fēng)進(jìn)行降溫除濕)。而后再通過后加熱竹償?shù)牧κ?,重新控制室?nèi)的溫度要求,浪費了大量的能源。

(二)轉(zhuǎn)輪除濕機

        轉(zhuǎn)輪除濕機進(jìn)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(zhuǎn)輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)除濕的設(shè)備。轉(zhuǎn)輪陳濕機的核心結(jié)構(gòu)為一不斷轉(zhuǎn)動的蜂窩狀干燥轉(zhuǎn)輪,它是除濕機吸收水分的最關(guān)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(jié)構(gòu)設(shè)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(fù)雜的工作環(huán)境。

        因此,在鋰電池行業(yè)較為常用的除濕方式為轉(zhuǎn)輪除濕。鋰?yán)黼姵厣a(chǎn)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(jù)材料和生產(chǎn)規(guī)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(chǎn)車間除濕空調(diào)系統(tǒng)

(一)鋰電池生產(chǎn)車間除濕空調(diào)系統(tǒng)分類

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

        2、低濕需求空調(diào)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(fù)極鯤切間、負(fù)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(xiàn),因此往往通過轉(zhuǎn)輪除濕機組處理后來滿足使用需求,機組中設(shè)置一級轉(zhuǎn)輪除濕段﹔

        3、低露點濕度需求空調(diào)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(xiàn)有的一級轉(zhuǎn)輪除濕機組很難滿足工藝需求,工程中一般設(shè)置兩級轉(zhuǎn)輪除濕段對房間空氣進(jìn)行處理,以滿足使用需求。

(二)鋰電池生產(chǎn)車間散濕量及其特點

        鋰電池生產(chǎn)車間不同于普通的工業(yè)生產(chǎn)車間,其對環(huán)境濕度的要求極其嚴(yán)苛,因此在空調(diào)系統(tǒng)選型計算時,應(yīng)對低濕以及低露點要求的工藝生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行嚴(yán)格的濕負(fù)荷計算,且散濕量應(yīng)包括如下內(nèi)容:

1)人體散濕量;

2)圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(fēng)帶入的濕量。

(三)鋰電池生產(chǎn)車間低濕空調(diào)系統(tǒng)布置原則

        空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)劃分的原則除應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》GB 50019和《電子工業(yè)潔凈車間設(shè)計規(guī)范》GB 50472。

       合景凈化工程公司在項目設(shè)計規(guī)劃期與業(yè)主方協(xié)調(diào)一致后,應(yīng)該將鋰電池工廠供暖、通風(fēng)、空調(diào)與空氣凈化系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝對生產(chǎn)環(huán)境的要求。潔凈室(區(qū))及干燥房的氣流組織應(yīng)根據(jù)潔凈度、露點溫度以及生產(chǎn)工藝要求確定。

1、干燥房與一般空調(diào)房間應(yīng)分開設(shè)置空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng);

2、露點溫度差別大的干燥房應(yīng)分開設(shè)置空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng);

3、有潔凈度要求的干燥房與無潔凈度要求的干燥房應(yīng)分開設(shè)置空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng);

4、正極生產(chǎn)車間和負(fù)極生產(chǎn)車間應(yīng)分開設(shè)置空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng);

5、產(chǎn)塵量大的車間應(yīng)設(shè)置獨立的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng),并應(yīng)配置粉塵處理裝置。

(四)鋰電池生產(chǎn)車間除濕空調(diào)系統(tǒng)的特殊要求

1、風(fēng)管材質(zhì)要求

        在鋰電池生產(chǎn)車間中,低露點空調(diào)系統(tǒng)的送、回風(fēng)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(diào)系統(tǒng)送、回風(fēng)管道中的空氣含濕量極低,為了避免外界空氣對風(fēng)管內(nèi)空氣的二次污染,因此采取了這一做法,盡可能的降低風(fēng)管漏風(fēng)率,保證漏風(fēng)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(chǎn)過程中的重要工序,化成時在電池的負(fù)極表面形成一層鈍化層,即固體電解質(zhì)界面膜(SEI膜),SEI膜的好壞直接影響到電池的循環(huán)壽命、穩(wěn)定性、自放電性、安全性等電化學(xué)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(guī)的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)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(chǎn)車間內(nèi)所占面積極小,容易被設(shè)計忽視。

        下送上回的氣流組織形式要與工藝設(shè)備布局緊密結(jié)合,需要耗費大量的精力去設(shè)計。因此目前鋰電池生產(chǎn)車間高溫化成間的氣流組織習(xí)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(xiàn)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(dá)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(huán)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(chǎn)。

(五)低露點空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

        目前已運行鋰電池生產(chǎn)車間大部分低露點空調(diào)房間均存在過渡季節(jié)溫度過低(<18 ℃)問題,而房間溫度過低會造成電解液凝結(jié)、結(jié)晶等情況的出現(xiàn),因此必須避免出現(xiàn)房間溫度過低的情況。上述情況的出現(xiàn)是由于經(jīng)過二級轉(zhuǎn)輪處理后的空氣溫度基本保持在1516℃左右,加上過渡季節(jié)室外氣溫較低,房間冷負(fù)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(jié)房間溫度過低(<18℃)的問題,為了確保實際使用當(dāng)中嚴(yán)格滿足工藝需求,低露點空調(diào)機組末端應(yīng)增加電輔熱措施,以保證過渡季節(jié)房間的工藝需求。

(六)生產(chǎn)車間小環(huán)境(房中房)

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

        由于小環(huán)境的圍護(hù)結(jié)構(gòu)無法安裝高效送風(fēng)口,因此對于潔凈度要求較高的小環(huán)境,目前常見的做法是在空調(diào)機組內(nèi)增加高效過濾段,末端送風(fēng)管道由小環(huán)境上方送入,回風(fēng)通過均勻布置在小環(huán)境周邊的回風(fēng)立管下側(cè)的回風(fēng)口回至空調(diào)機組,小環(huán)境頂與大環(huán)境吊頂之間高差較?。?500 mm)的情況,可考慮取消小環(huán)境頂板,直接與大環(huán)境吊頂連接,末端高效送風(fēng)口則可設(shè)置在吊頂板上。