干式螺杆真空泵在锂电池生产工艺上的应用

发布时间:2022-11-07 16:33:57 来源: 优尼捷点击量: 933

一、锂电池工艺流程
锂电池的生产工艺比较复杂，流程较长，总共五十多道工序，主要生产工艺流程主要涵盖电极制作的搅拌涂布阶段(前段)、电芯合成的卷绕注液阶段(中段)，以及化成封装的包装检测阶段(后段)，前段、中段、后端的价值占比约4:3:3。
锂电前段生产工艺关系到极片制造关系电池的核心性能，对应的锂电设备主要包括真空搅拌机、涂布机、辊压机等，此段直接影响着电池的品质。
锂电池前端工艺的结果是将锂电池正负极片制备完成，其第一道工序是搅拌，即将正、负极固态电池材料混合均匀后加入溶剂，通过真空搅拌机搅拌成浆状。配料的搅拌是锂电后续工艺的基础，搅拌是后续涂布、辊压工艺完成的基础。
涂布和辊压工艺之后是分切，即对涂布进行分切工艺处理。如若分切过程中产生毛刺则后续装配、注电解液等程序、甚至是电池使用过程中出现事故隐患。因此锂电生产过程中的前端设备，如搅拌机、涂布机、辊压机、分条机等是电池制造的核心机器，关乎整条生产线的质量。
二、真空设备在锂电池生产中的应用
锂离子电池的制造过程中，真空技术在合浆、注液、烘烤等工艺流程中发挥重要作用，真空系统设计的好坏与锂电池的品质密切相关。真空泵是真空系统的主要设备，也是真空系统设计的主要内容,在选型时需要充分考虑使用需求,如真空度、抽速、所抽介质成分等。
在制造锂电池的过程中，以下工艺需要使用真空泵：
1、在锂离子动力电池生产车间，合浆需要抽真空，消除罐体空气，避免气泡产生，影响涂布效果；
2、激光焊接完后，为了检测电池的气密性，需要抽真空，通过保压后检测气压压降，来判断是否漏气；
3、高温隧道炉，为了置换电池内部的空气，使电池烘烤效果更好，隧道炉内会进行抽真空，能更好地烘干极片中的水分；
4、注液时（即抽真空注液），使用真空泵能较好地确保注液质量；
5、负压化成时，锂电池在化成过程中会产生大量气体，需要对电池进行抽真空，减少析锂的可能性；
6、极片的冲切、卷绕、叠片，电池的入壳等流程，需要使用真空设备完成自动化的搬运和吸附工作。
7、极片、壳体的干燥过程，需要真空抽出水分等。
8、封装后的检漏也许要真空。
三、锂电池生产中的真空应用说明
（一）电极材料制浆搅拌，材料中转及储存真空脱气
1、在锂电池生产工艺的前段制浆工序中，需要对电极浆料进行真空脱气，以实现极卷涂覆的；
2、被抽气体为含有一定量的水汽及有机溶剂NMP 挥发物(对铜有腐蚀)和残留材料粉尘等混合类气体，因此，要求螺杆干式真空泵具备较强的特殊介质处理能力；
3、一般粉尘颗粒直径为 0.1-10微米，目前真空泵过滤器能捕集大于2微米左右的颗粒，因此过滤器无法对粉尘进行有效过滤拦截（使用2微米过滤器会影响真空泵抽速），如使用油封式真空泵会频繁换油及故障；使用液环式真空泵则真空度不够，只能长期维持-85KP的真空度，脱气不不能满足工艺需要，但实际应用工艺一般要求达到-95KP左右；
4、此段工序以前多用油泵，但是随着客户对环境和真空泵品质的要求提高，螺杆干式真空泵逐渐成为主流，其性能远远优于传统油泵，配合设备抽空只需要单一螺杆真空泵即可，无需配置罗茨泵来增压增速。但正负极宜分开配置真空泵，如需合并使用同一套真空系统来抽空，使用时须配置真空阀门，严格控制单分开抽空；
（二）极片/极卷/电芯真空干燥
1、锂电池极片/极卷/电芯真空烘烤干燥，目前有效的解决方法是通过高真空，高温度均匀度、低露点控制，降低水份在锂电池正/负极材料中的较低含量（不同材料体系标准不一），同时减少锂离子电池生产工艺中杂质、浮游颗粒（含金属颗粒）等粉尘对锂电池性能的影响，可以大幅度提高动力电池的一致性，并且改善电池功率密度、内阻、高频特性，使用寿命等技术指标。真空系统配合的烘箱或自动化烘烤干燥线能使电池的生产效率得到数倍提高。
2、极片/极卷/电芯在前段生产工序中残存的溶剂和湿汽，进行真空烘烤干燥处理，以实现较低水含量；
3、为实现较低含水量，真空泵须能提供很低极限压强配合烘烤设备，并具备水汽/NMP/材料粉尘处理能力和耐腐蚀能力，以及全程压力范围内的高抽速；
4、真空泵要适合高低压强频繁切换操作特点；
5、同样适合使用干式螺杆真空泵或泵组应对此工艺；
6、针对目前市场上各家真空烘烤设备厂家的技术特点，以及所烘烤材料放气特征，烘烤的各项技术指标（烘烤时间，产能要求，产品合格率，产品一致性，能耗要求等等），建议按照以下螺杆真空泵配置要求来规划设计比较合理：
①采用小型螺杆罗茨机组，适用于各种全自动烘烤线，或者一拖三至四台烤箱（总容积2立方以内的），能同时兼顾抽速要求，实际工作真空度等要求，但成本稍高；
②采用大型螺杆罗茨机组，同样适用于各种全自动烘烤线，或者一拖八至十台烤箱，能兼顾实际工作真空度要求的同时，实际有效抽速会，相对烘烤效率会更高，而且购置成本更经济，运行成本会更低（机组配置功率相当，但实际维持功耗会更低），维护保养成本也会更低；
7、烘烤真空系统不宜配置真空储存缓冲罐，也不宜距离使用工位太远，以免导致抽空时间过长，而且损耗真空压力；如果相对距离还是比较远（小于30米），则配置大型螺杆罗茨真空机组来抽空。
（三）电解液真空充注（含软包电池二封抽出电解液）
注入电解液之前，电池内需抽真空。一般压力要求-95KPA或更高；要求真空泵能耐受溶剂气氛的影响。电解液充注中含有大量的六氟磷酸锂，遇水反应生成HF气体或氢氟酸，有较强的腐蚀性，会攻击油式泵的真空油，导致油封式真空泵频繁换油及维修。而使用液环式真空泵，系统真空压力又不够，达不到注液真空压力需求；
干式螺杆真空泵无油无水无接触式压缩，耐腐蚀，耐水汽，耐粉尘，真空度高，抽速快，系统压力可完全应对自动化设备频繁破空的影响，可完全应对此工艺要求。
系统需配置较大真空压力缓冲罐，来应对工位频繁破空对整个系统压力的影响。
（四）自动化设备工艺真空系统
1，本工艺对真空系统的配置要求相对较低，主要用于自动化设备工艺的工件真空吸持，定位或搬运；
2，也可兼顾废气（无腐蚀性）抽空排放系统一起合并使用；
3，优选单级旋片式真空泵，配合真空储压罐，电控箱等组成中央真空系统即可，，完全满足工艺要求，运行稳定，节能，噪音振动小，购置成本和运维成本比较合理；
4，缺点是定期（三个月左右）更换真空油品，每年更换排气过滤器滤芯。每两年维护大保养一次真空泵。如果用螺杆真空泵替代单级旋片真空泵可以避免经常换油及延长定期保养时间。
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