淺談鋰電池生產(chǎn)過程中除塵系統(tǒng)的應(yīng)用

楊麟　秦玉龍

中航鋰電(洛陽)有限公司　河南　洛陽　471003

摘要：鋰電池生產(chǎn)過程對(duì)環(huán)境的潔凈度有很高的要求，空氣中粉塵進(jìn)入到鋰電池生產(chǎn)工藝中增大其使用過程中的短路風(fēng)險(xiǎn)。鋰電池生產(chǎn)環(huán)境的有效控制，對(duì)鋰電池質(zhì)量的提升有著重要的作用。

Application of dust control system in production process of lithium battery

Yang Lin  Qin Yu Long

(China Aviation Lithium Battery CO., LTD, Luoyang, Henan, 471003)

Abstract: Lithium battery production process has a high degree of environmental cleanliness requirements, dust in the air into the lithium battery production process, increase the use of the process of short circuit risk. The effective control of lithium battery production environment plays an important role in improving the quality of lithium batteries.

Key words: Lithium Battery；Dust；Quality；Safety

 

大容量鋰離子動(dòng)力電池具有電壓高、能量密度大、充放電迅速、壽命長、無記憶效應(yīng)、生產(chǎn)和使用對(duì)環(huán)境無污染等優(yōu)點(diǎn)，具有綠色環(huán)保和優(yōu)良性能，是一種高性能的可充電綠色電池，替代鉛酸、鎳鎘、鎳氫蓄電池的趨勢越來越明顯。隨著鋰電池產(chǎn)品的安全和一致性要求逐漸嚴(yán)苛，電池生產(chǎn)企業(yè)對(duì)生產(chǎn)過程除塵、除濕、凈化等提出更高的要求。

1　鋰電池生產(chǎn)過程中粉塵產(chǎn)生的原因分析

常規(guī)的鋰電池生產(chǎn)工藝分為：原料攪拌、涂布、輥壓、分條、模切（切片）、卷繞（疊片）、入殼、烘烤、注液、化成、測試等，涉及投料、涂布、輥壓、切等動(dòng)作過程會(huì)產(chǎn)生大量的粉、金屬屑等粉塵。這些粉塵直徑在0.01-幾百μm之間不等，這些粉塵會(huì)漂浮在空氣中進(jìn)行水平運(yùn)動(dòng)，受空氣阻力的影響，粉塵粒子的運(yùn)動(dòng)速度會(huì)逐漸減小，最終受重力影響而完全沉降，且粉塵的粒徑越大，其沉降速率越快。這些粉塵不僅危害員工的身體健康，而且影響電池產(chǎn)品質(zhì)量。

目前常用的除塵方法：

1）重力除塵器：利用粉塵自身重力因素使得粉塵沉降在管道或者收集容器中。該方式裝置結(jié)構(gòu)簡單，但僅適用于大粒徑的粉塵，且耗時(shí)較長。

2）慣性除塵器：利用粉塵運(yùn)動(dòng)慣性作用將粉塵與空氣分離收集，該方式裝置結(jié)構(gòu)簡單，但效率低下。

3）過濾式除塵器：通過濾袋或者濾筒將攜帶粉塵的氣體進(jìn)行過濾，一般對(duì)于0.1-0.5μm粒徑的粉塵過濾效率可達(dá)99.995%以上，這種方式除塵效果好，但耗能較高。

4）電除塵器：電除塵是利用粉塵電離帶電后在電場的作用下進(jìn)行分離，該方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，耗能較高。

2　鋰電池生產(chǎn)過程除塵方式選擇與應(yīng)用

鋰電池生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵類型既有鋁粉這種易燃易爆類粉塵，又有石墨粉這種導(dǎo)電性強(qiáng)極易粘附的粉塵，因此，安全性是在選擇除塵方式時(shí)首要考慮的因素。

在濾材的選擇上首先考慮其阻燃特性，阻燃等級(jí)需滿足V-0級(jí)；其次管道配置需選擇不銹鋼材質(zhì)，除塵系統(tǒng)中的所有管道需做導(dǎo)靜電處理。本文主要研究濾筒式除塵器在鋰電生產(chǎn)過程中的除塵應(yīng)用。

濾筒式除塵器具有過濾面積大、過濾效率高、設(shè)備占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。該類型的除塵器原理是：粉塵在氣流作用下由吸塵口吸入，經(jīng)過吸塵管到除塵器進(jìn)行過濾，將粉塵分離。過濾下來的粉塵落入集塵桶，經(jīng)過主風(fēng)機(jī)、后續(xù)高效除塵器后達(dá)到 99.995%的過濾精度，干凈空氣經(jīng)由風(fēng)機(jī)再輸送回車間系統(tǒng)（保證車間內(nèi)部環(huán)境穩(wěn)定）。除塵器利用纖維織物的過濾作用對(duì)含塵氣體進(jìn)行過濾，當(dāng)含塵氣體進(jìn)入沉流式濾筒除塵器內(nèi)，顆粒大、比重大的粉塵，由于重力的作用沉降下來，落入灰斗，含有較細(xì)小粉塵的氣體在通過濾料時(shí)，粉塵被阻留，使氣體得到凈化。隨著粉塵在濾料表面的積聚，除塵器的效率和阻力都相應(yīng)的增加，除塵器的阻力達(dá)到一定數(shù)值后，高壓空氣通過電磁閥對(duì)濾料進(jìn)行噴吹清灰。使積聚在濾料上的灰塵在重力的作用下掉入下部箱體（灰斗）中，再落入桶槽。

圖1集中除塵系統(tǒng)原理圖

3　集中除塵系統(tǒng)構(gòu)成設(shè)計(jì)研究

3.1　風(fēng)量核算

除塵設(shè)備在單位時(shí)間內(nèi)所能凈化氣體的體積量，一般不能使除塵器超過規(guī)定風(fēng)量的情況下運(yùn)行，否則濾筒容易堵塞，壽命縮短，壓力損失也大幅上升，除塵效率降低；但也不能將風(fēng)量選的過大，否則增加設(shè)備投資和占地面積。中央除塵系統(tǒng)風(fēng)量為各個(gè)除塵端口風(fēng)量之和，根據(jù)除塵系統(tǒng)的特點(diǎn)，管路系統(tǒng)的漏風(fēng)率約為5%；

3.2　過濾風(fēng)速

氣體通過濾材的平均速度，其選擇取決于粉塵及含塵氣體的性質(zhì)，濾材種類、清灰方式、過濾阻力等，濾筒式除塵器當(dāng)入口含塵濃度在15-30g/m³，過濾風(fēng)速不應(yīng)大于0.6-0.8m³/h，風(fēng)量確定情況下，風(fēng)速越低，過濾面積越大；

3.3　過濾面積

濾筒上濾材展開的有效面積，考慮到極粉特點(diǎn)，選擇納米纖維濾材。

3.4　除塵管網(wǎng)布局

使用水平集合管網(wǎng)形式，連接的風(fēng)管由上面或側(cè)面接入，適用于產(chǎn)生粉塵設(shè)備分布在同一層平面上，且水平距離較大的場合。其主要特點(diǎn)是：1）集合管尚有粗凈化的作用，下部應(yīng)設(shè)卸塵閥和粉塵輸送設(shè)備（卸塵閥和集塵箱）；2）系統(tǒng)阻力容易平衡；3）管路連接方便；4）運(yùn)行風(fēng)量變化時(shí)，系統(tǒng)比較穩(wěn)定。

3.5　風(fēng)機(jī)

風(fēng)機(jī)選型為通用型產(chǎn)品，離心風(fēng)機(jī)，防護(hù)等級(jí)IP54。具有節(jié)能、效率高、噪聲低、性能曲線平坦、高效區(qū)寬廣等特點(diǎn)。風(fēng)機(jī)的變頻控制采用閉環(huán)控,在除塵器入口管道上設(shè)置有4～20mA輸出功能的壓力變送器，該輸出信號(hào)提供給變頻器，通過PID功能，自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行頻率，自動(dòng)維持各個(gè)吸風(fēng)口風(fēng)量。

4　結(jié)束語

集中除塵系統(tǒng)能有效的解決鋰電池生產(chǎn)過程中的產(chǎn)生的粉塵，保證生產(chǎn)潔凈區(qū)域的動(dòng)態(tài)潔凈度的要求。對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的提高具有明顯作用。未來鋰電池生產(chǎn)過程中，集中除塵系統(tǒng)的應(yīng)用將越來越廣泛。

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