干式螺桿真空泵在鋰電池生產工藝上的應用
發(fā)布時間:2022-11-07 16:33:57 來源: 優(yōu)尼捷 點擊量: 1048
- 一、鋰電池工藝流程
- 鋰電池的生產工藝比較復雜，流程較長，總共五十多道工序，主要生產工藝流程主要涵蓋電極制作的攪拌涂布階段(前段)、電芯合成的卷繞注液階段(中段)，以及化成封裝的包裝檢測階段(后段)，前段、中段、后端的價值占比約4:3:3。
- 鋰電前段生產工藝關系到極片制造關系電池的核心性能，對應的鋰電設備主要包括真空攪拌機、涂布機、輥壓機等，此段直接影響著電池的品質。
- 鋰電池前端工藝的結果是將鋰電池正負極片制備完成，其第一道工序是攪拌，即將正、負極固態(tài)電池材料混合均勻后加入溶劑，通過真空攪拌機攪拌成漿狀。配料的攪拌是鋰電后續(xù)工藝的基礎，攪拌是后續(xù)涂布、輥壓工藝完成的基礎。
- 涂布和輥壓工藝之后是分切，即對涂布進行分切工藝處理。如若分切過程中產生毛刺則后續(xù)裝配、注電解液等程序、甚至是電池使用過程中出現事故隱患。因此鋰電生產過程中的前端設備，如攪拌機、涂布機、輥壓機、分條機等是電池制造的核心機器，關乎整條生產線的質量。
- 二、真空設備在鋰電池生產中的應用
- 鋰離子電池的制造過程中，真空技術在合漿、注液、烘烤等工藝流程中發(fā)揮重要作用，真空系統(tǒng)設計的好壞與鋰電池的品質密切相關。真空泵是真空系統(tǒng)的主要設備，也是真空系統(tǒng)設計的主要內容,在選型時需要充分考慮使用需求,如真空度、抽速、所抽介質成分等。
- 在制造鋰電池的過程中，以下工藝需要使用真空泵：
- 1、在鋰離子動力電池生產車間，合漿需要抽真空，消除罐體空氣，避免氣泡產生，影響涂布效果；
- 2、激光焊接完后，為了檢測電池的氣密性，需要抽真空，通過保壓后檢測氣壓壓降，來判斷是否漏氣；
- 3、高溫隧道爐，為了置換電池內部的空氣，使電池烘烤效果更好，隧道爐內會進行抽真空，能更好地烘干極片中的水分；
- 4、注液時（即抽真空注液），使用真空泵能較好地確保注液質量；
- 5、負壓化成時，鋰電池在化成過程中會產生大量氣體，需要對電池進行抽真空，減少析鋰的可能性；
- 6、極片的沖切、卷繞、疊片，電池的入殼等流程，需要使用真空設備完成自動化的搬運和吸附工作。
- 7、極片、殼體的干燥過程，需要真空抽出水分等。
- 8、封裝后的檢漏也許要真空。
- 三、鋰電池生產中的真空應用說明
- （一）電極材料制漿攪拌，材料中轉及儲存真空脫氣
- 1、在鋰電池生產工藝的前段制漿工序中，需要對電極漿料進行真空脫氣，以實現極卷涂覆的；
- 2、被抽氣體為含有一定量的水汽及有機溶劑NMP 揮發(fā)物(對銅有腐蝕)和殘留材料粉塵等混合類氣體，因此，要求螺桿干式真空泵具備較強的特殊介質處理能力；
- 3、一般粉塵顆粒直徑為 0.1-10微米，目前真空泵過濾器能捕集大于2微米左右的顆粒，因此過濾器無法對粉塵進行有效過濾攔截（使用2微米過濾器會影響真空泵抽速），如使用油封式真空泵會頻繁換油及故障；使用液環(huán)式真空泵則真空度不夠，只能長期維持-85KP的真空度，脫氣不不能滿足工藝需要，但實際應用工藝一般要求達到-95KP左右；
- 4、此段工序以前多用油泵，但是隨著客戶對環(huán)境和真空泵品質的要求提高，螺桿干式真空泵逐漸成為主流，其性能遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)油泵，配合設備抽空只需要單一螺桿真空泵即可，無需配置羅茨泵來增壓增速。但正負極宜分開配置真空泵，如需合并使用同一套真空系統(tǒng)來抽空，使用時須配置真空閥門，嚴格控制單分開抽空；
- （二）極片/極卷/電芯真空干燥
- 1、鋰電池極片/極卷/電芯真空烘烤干燥，目前有效的解決方法是通過高真空，高溫度均勻度、低露點控制，降低水份在鋰電池正/負極材料中的較低含量（不同材料體系標準不一），同時減少鋰離子電池生產工藝中雜質、浮游顆粒 （含金屬顆粒）等粉塵對鋰電池性能的影響，可以大幅度提高動力電池的一致性，并且改善電池功率密度、內阻、高頻特性，使用壽命等技術指標。真空系統(tǒng)配合的烘箱或自動化烘烤干燥線能使電池的生產效率得到數倍提高。
- 2、極片/極卷/電芯在前段生產工序中殘存的溶劑和濕汽，進行真空烘烤干燥處理，以實現較低水含量；
- 3、為實現較低含水量，真空泵須能提供很低極限壓強配合烘烤設備，并具備水汽/NMP/材料粉塵處理能力和耐腐蝕能力，以及全程壓力范圍內的高抽速；
- 4、真空泵要適合高低壓強頻繁切換操作特點；
- 5、同樣適合使用干式螺桿真空泵或泵組應對此工藝；
- 6、針對目前市場上各家真空烘烤設備廠家的技術特點，以及所烘烤材料放氣特征，烘烤的各項技術指標（烘烤時間，產能要求，產品合格率，產品一致性，能耗要求等等），建議按照以下螺桿真空泵配置要求來規(guī)劃設計比較合理：
- ①采用小型螺桿羅茨機組，適用于各種全自動烘烤線，或者一拖三至四臺烤箱（總容積2立方以內的），能同時兼顧抽速要求，實際工作真空度等要求，但成本稍高；
- ②采用大型螺桿羅茨機組，同樣適用于各種全自動烘烤線，或者一拖八至十臺烤箱，能兼顧實際工作真空度要求的同時，實際有效抽速會，相對烘烤效率會更高，而且購置成本更經濟，運行成本會更低（機組配置功率相當，但實際維持功耗會更低），維護保養(yǎng)成本也會更低；
- 7、烘烤真空系統(tǒng)不宜配置真空儲存緩沖罐，也不宜距離使用工位太遠，以免導致抽空時間過長，而且損耗真空壓力；如果相對距離還是比較遠（小于30米），則配置大型螺桿羅茨真空機組來抽空。
- （三）電解液真空充注（含軟包電池二封抽出電解液）
- 注入電解液之前，電池內需抽真空。一般壓力要求-95KPA或更高；要求真空泵能耐受溶劑氣氛的影響。電解液充注中含有大量的六氟磷酸鋰，遇水反應生成HF氣體或氫氟酸，有較強的腐蝕性，會攻擊油式泵的真空油，導致油封式真空泵頻繁換油及維修。而使用液環(huán)式真空泵，系統(tǒng)真空壓力又不夠，達不到注液真空壓力需求；
- 干式螺桿真空泵無油無水無接觸式壓縮，耐腐蝕，耐水汽，耐粉塵，真空度高，抽速快，系統(tǒng)壓力可完全應對自動化設備頻繁破空的影響，可完全應對此工藝要求。
- 系統(tǒng)需配置較大真空壓力緩沖罐，來應對工位頻繁破空對整個系統(tǒng)壓力的影響。
- （四）自動化設備工藝真空系統(tǒng)
- 1，本工藝對真空系統(tǒng)的配置要求相對較低，主要用于自動化設備工藝的工件真空吸持，定位或搬運；
- 2，也可兼顧廢氣（無腐蝕性）抽空排放系統(tǒng)一起合并使用；
- 3，優(yōu)選單級旋片式真空泵，配合真空儲壓罐，電控箱等組成中央真空系統(tǒng)即可，，完全滿足工藝要求，運行穩(wěn)定，節(jié)能，噪音振動小，購置成本和運維成本比較合理；
- 4，缺點是定期（三個月左右）更換真空油品，每年更換排氣過濾器濾芯。每兩年維護大保養(yǎng)一次真空泵。如果用螺桿真空泵替代單級旋片真空泵可以避免經常換油及延長定期保養(yǎng)時間。
- 萊寶代理商:南京漢特是萊寶真空泵在中國鋰電行業(yè)代理商，河南洛陽，江蘇，山東濟南等地具有壓縮機和干式螺桿真空泵的維修中心，共有三個備品備件倉庫。Leybold萊寶為客戶供應干式真空泵,氮氣壓縮機,六氟化硫(sf6)壓縮機,氦氣壓縮機,高壓機,萊寶真空泵,萊儀,寶檢漏萊寶真空泵油等工業(yè)設備，同時提供萊寶真空泵維修、配件等業(yè)務。
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