鋰電池潔凈廠房（磷酸和三元電池）無塵車間設(shè)計(jì)

一、鋰電池的基本認(rèn)識(shí)

        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?；顫姡沟娩嚱饘俚募庸?、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(huì)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(diǎn)-50%→注液（露點(diǎn)-50℃）→負(fù)壓化成（露點(diǎn)-30%）→二次注液（露點(diǎn)-50℃）→密封釘焊接（露點(diǎn)-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(diǎn)-30%→注液（露點(diǎn)-50℃）→負(fù)壓化成（露點(diǎn)-30%）→二次注液（露點(diǎn)-50℃）→密封釘焊接（露點(diǎn)-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(dòng)干燥線）方式的選型

        目前全自動(dòng)干燥線主要有兩種，一種是由烘箱＋自動(dòng)化轉(zhuǎn)運(yùn)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(diǎn)-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(diǎn)-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(huì)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(yùn)到手套箱或注液機(jī)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(diǎn)要求低于-40℃，實(shí)際工作中一般選取露點(diǎn)低于-35 ℃、-50℃不等，露點(diǎn)越低，配備的除濕機(jī)就越大，設(shè)備投資及運(yùn)行費(fèi)用就相應(yīng)增加。

        電池干燥間、自動(dòng)注液機(jī)內(nèi)露點(diǎn)要求非常高，電池干燥間、自動(dòng)注液機(jī)內(nèi)露點(diǎn)要求非常高，普通空調(diào)系統(tǒng)無法滿足低露點(diǎn)環(huán)境，考慮到人員對環(huán)境露點(diǎn)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(jī)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(gè)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(diǎn)-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(shí)要保證露點(diǎn)-30℃的濕度。封口/一封時(shí)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(diǎn)-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(huì)出現(xiàn)冷凝結(jié)露現(xiàn)象且能耗也是比較大的，因?yàn)榭諝庵挥欣鋮s到露點(diǎn)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(diǎn)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?yàn)樵诘蜏氐沫h(huán).境中會(huì)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(diǎn)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(jī)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(fèi)了大量的能源。

（二）轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)

        轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)進(jìn)行除濕，將不受空氣露點(diǎn)影響，且除濕量大。輪除濕機(jī)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(jī)的核心結(jié)構(gòu)為一不斷轉(zhuǎn)動(dòng)的蜂窩狀干燥轉(zhuǎn)輪，它是除濕機(jī)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(jì)，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(jī)的工作效率，而且具有很高的強(qiáng)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(gè)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(gè)別的特殊工藝，前段工序也有相對濕度在1%左右的要求。

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(shí)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(shí)現(xiàn)，因此往往通過轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)組處理后來滿足使用需求，機(jī)組中設(shè)置一級轉(zhuǎn)輪除濕段﹔

        3、低露點(diǎn)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(diǎn)≤-30 ℃，甚至更高，該需求現(xiàn)有的一級轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)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(diǎn)

        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(jì)算時(shí)，應(yīng)對低濕以及低露點(diǎn)要求的工藝生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行嚴(yán)格的濕負(fù)荷計(jì)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(jì)規(guī)范》GB 50019和《電子工業(yè)潔凈車間設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50472。

       合景凈化工程公司在項(xiàng)目設(shè)計(jì)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(jì)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(diǎn)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(diǎn)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(dú)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(diǎn)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(diǎn)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(shí)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(diǎn)≤- 30°C。常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中很少遇到45士3 °C 的高溫需求的情況，同時(shí)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(jì)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(fèi)大量的精力去設(shè)計(jì)。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(diǎn)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        目前已運(yùn)行鋰電池生產(chǎn)車間大部分低露點(diǎn)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(huì)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(shí)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(shí)際使用當(dāng)中嚴(yán)格滿足工藝需求，低露點(diǎn)空調(diào)機(jī)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(jī)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(jī)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。