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螺桿干式真空泵在鋰電池生產(chǎn)工藝上應(yīng)用的優(yōu)勢
2022-09-05  閱讀

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  【康沃真空網(wǎng)】一、鋰電池工藝流程:

  鋰電池的生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜,主要生產(chǎn)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)。

  鋰電前段生產(chǎn)工藝關(guān)系到極片制造關(guān)系電池的核心性能,對應(yīng)的鋰電設(shè)備主要包括真空攪拌機(jī)、涂布機(jī)、輥壓機(jī)等。

  鋰電池前端工藝的結(jié)果是將鋰電池正負(fù)極片制備完成,其第一道工序是攪拌,即將正、負(fù)極固態(tài)電池材料混合均勻后加入溶劑,通過真空攪拌機(jī)攪拌成漿狀。配料的攪拌是鋰電后續(xù)工藝的基礎(chǔ),攪拌是后續(xù)涂布、輥壓工藝完成的基礎(chǔ)。

  涂布和輥壓工藝之后是分切,即對涂布進(jìn)行分切工藝處理。如若分切過程中產(chǎn)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(xiàn)事故隱患。因此鋰電生產(chǎn)過程中的前端設(shè)備,如攪拌機(jī)、涂布機(jī)、輥壓機(jī)、分條機(jī)等是電池制造的核心機(jī)器,關(guān)乎整條生產(chǎn)線的質(zhì)量。

  二、真空設(shè)備在鋰電池生產(chǎn)工藝上的應(yīng)用:

  鋰離子電池的制造過程中,真空技術(shù)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(shè)計的好壞與鋰電池的品質(zhì)密切相關(guān)。真空是真空系統(tǒng)的主要設(shè)備,也是真空系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)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(zhì)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(chǎn)車間,合漿需要抽真空,消除罐體空氣,避免氣泡產(chǎn)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(nèi)部的空氣,使電池烘烤效果更好,隧道爐內(nèi)會進(jìn)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(zhì)量;

  5、負(fù)壓化成時,鋰電池在化成過程中會產(chǎn)生大量氣體,需要對電池進(jìn)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(shè)備完成自動化的搬運和吸附工作。

  三、鋰電池生產(chǎn)工藝上的真空應(yīng)用說明

 ?。ㄒ唬╇姌O材料制漿攪拌,材料中轉(zhuǎn)及儲存真空脫氣 

  1、在鋰電池生產(chǎn)工藝的前段制漿工序中,需要對電極漿料進(jìn)行真空脫氣,以實現(xiàn)極卷涂覆的;

  2、被抽氣體為含有一定量的水汽及有機(jī)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(qiáng)的特殊介質(zhì)處理能力;

  3、一般粉塵顆粒直徑為 0.1~10微米,目前**好的真空泵過濾器也只能捕集大于2微米左右的顆粒,因此過濾器無法對粉塵進(jìn)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-85KPa的真空度,脫氣不不能滿足工藝需要,但實際應(yīng)用工藝一般要求達(dá)到-95Kpa左右;

  4、多使用螺桿干式真空泵應(yīng)對此工藝,其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于爪型干式真空泵和多級羅茨真空泵,配合設(shè)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(fù)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(yán)格控制單分開抽空;

  5、干式真空泵特性對比

類型
爪式真空泵(多級羅茨類同)
螺桿干式真空泵
極限真空度
1-5Pa左右
0.5-1Pa
工藝性能
適度滿足
可完全滿足
真空壓力穩(wěn)定性
良好
非常好
排塵能力

排液能力

耗材
齒輪油
齒輪油
耐腐蝕性
轉(zhuǎn)子,真空腔體為球墨鑄鐵,需要涂層處理
 
轉(zhuǎn)子,真空腔體為球墨鑄鐵,需涂層處理耐腐蝕能力強(qiáng)
能耗
低,比前者低30%
維護(hù)保養(yǎng)
短期無保養(yǎng),但長期使用在粉塵,液體工藝中容易故障,使用壽命8年左右
幾乎免維護(hù),2-3年左右保養(yǎng)一次即可,設(shè)計壽命12年左右。
價格
高(跟前者差不多)
 
使用可靠性上的不同
1、由于存在級間隔板,轉(zhuǎn)子和泵軸不能成為一體,轉(zhuǎn)子為后裝到軸上,為了安裝和拆卸方便,配合又不能過緊,所以運轉(zhuǎn)后容易出現(xiàn)滾鍵和轉(zhuǎn)子松動的現(xiàn)象。
2、存在眾多的間隙,而且每個間隙都是立的,只要任意一個間隙出現(xiàn)問題,泵即不能正常工作。
1、螺桿真空泵的軸和轉(zhuǎn)子為整體鑄造后加工成型,完全一體化,不存在裝配問題。
2、螺桿真空泵的外圓間隙及排氣端和轉(zhuǎn)子間的間隙決定工作性能,而且轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子間的間隙是互相關(guān)聯(lián)的,運轉(zhuǎn)可靠性。
維修拆卸
爪式泵拆卸困難:由于多級結(jié)構(gòu),全部拆卸要多級分解,而轉(zhuǎn)子拆卸是真正的難點,同時每拆卸一次,精度就會有不同程度的降低。即使簡單的清洗也全部拆開,重新裝配。
螺桿真空泵拆卸簡單:螺桿泵的拆卸只需要拆掉后蓋軸承即可將轉(zhuǎn)子從前端抽出,極其簡單。如果僅僅是為了清洗拆開,清洗后只需將轉(zhuǎn)子裝回泵體內(nèi)即可,不需做任何調(diào)整。
維修組裝
爪式泵裝配困難:爪泵安裝時,4級轉(zhuǎn)子要控制轉(zhuǎn)子端面的8個間隙,以及8個轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子的間隙,任意一個間隙調(diào)整不好都重新返工,想把轉(zhuǎn)子裝到軸上,也對轉(zhuǎn)子敲擊,容易損壞部件。
螺桿真空泵裝配簡單:螺桿泵裝配時,只需控制螺桿排氣端面與排氣間壁的間隙,以及螺桿凹面的間隙,只需調(diào)整簡單的兩個間隙


 ?。ǘO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(fù)極材料中的**低含量(不同材料體系標(biāo)準(zhǔn)不一),同時減少鋰離子電池生產(chǎn)工藝中雜質(zhì)、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**性、一致性,并且改善電池功率密度、內(nèi)阻、高頻特性,使用壽命等技術(shù)指標(biāo)。的真空系統(tǒng)配合的烘箱或自動化烘烤干燥線能使電池的生產(chǎn)效率得到數(shù)倍提高。

  2、極片/極卷/電芯在前段生產(chǎn)工序中殘存的溶劑和濕汽,進(jìn)行真空烘烤干燥處理,以實現(xiàn)**低水含量;

  3、為實現(xiàn)**低含水量,真空泵須能提供很低極限壓強(qiáng)配合烘烤設(shè)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(nèi)的高抽速;

  4、真空泵要適合高低壓強(qiáng)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(yīng)對此工藝;

  6、針對目前市場上各家真空烘烤設(shè)備廠家的技術(shù)特點,以及所烘烤材料放氣特征,烘烤的各項技術(shù)指標(biāo)(烘烤時間,產(chǎn)能要求,產(chǎn)品合格率,產(chǎn)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(shè)計比較合理:

  a、采用小型螺桿羅茨機(jī)組,適用于各種全自動烘烤線,或者一拖三至四臺烤箱(總?cè)莘e2m3以內(nèi)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;

  b、采用大型螺桿羅茨機(jī)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(jīng)濟(jì),運行成本會更低(機(jī)組配置功率相當(dāng),但實際維持功耗會更低),維護(hù)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(yuǎn),以免導(dǎo)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(yuǎn)(小于30米),則配置大型螺桿羅茨真空機(jī)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(nèi)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(yīng)生成HF氣體或氫氟酸,有較強(qiáng)的腐蝕性,會攻擊油式泵的真空油,導(dǎo)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(dá)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(yīng)對自動化設(shè)備頻繁破空的影響,可完全應(yīng)對此工藝要求。

  系統(tǒng)需配置較大真空壓力緩沖罐,來應(yīng)對工位頻繁破空對整個系統(tǒng)壓力的影響。

  (四)、自動化設(shè)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(shè)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(**長三個月)更換真空油品,每年更換排氣過濾器濾芯。每兩年維護(hù)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(jīng)常換油及延長定期保養(yǎng)時間。