مضخات تصنيع بطاريات الليثيوم: دليل الاختيار لنقل الإلكتروليت، ومعالجة مذيب NMP، والتحكم الحراري في خطوط الطلاء

يعمل مصنع خلايا بطاريات الليثيوم على السوائل. حيث يتم خلط الملاط وتطبيقه، وتجفيف المذيب واستعادته، وتغذية الخلايا النهائية بالكهرباء، كما تعمل الدوائر المبردة والساخنة على الحفاظ على درجة الحرارة في كل خطوة. ومعظم هذه السوائل إما مسببة للتآكل، أو قابلة للاشتعال، أو سامة، أو حساسة للرطوبة لدرجة أن أدنى أثر للماء يكفي لإتلاف الخلية. ولا تعتبر المضخات التي تنقل هذه السوائل مسألة ثانوية. فإذا اخترت المضخة الخاطئة، فستواجه تسربات من الأختام في منطقة تحتوي على مذيبات قابلة للاشتعال، أو تسربًا للمياه يؤدي إلى التحلل المائي للإلكتروليت، أو طلاءً ملوثًا يؤدي إلى إتلاف لفة من الأقطاب الكهربائية. يغطي هذا الدليل مهام المضخات في تصنيع بطاريات الليثيوم، حيث يحدد السائل — وليس التدفق — نوع المضخة المطلوبة.

لقد قمنا على مدار سنوات بتصنيع مضخات ذات محرك مغناطيسي وخطوط تروس مغناطيسية بدون أختام لعملاء قطاع الطاقة الجديدة، بما في ذلك معالجة الإلكتروليت والمذيبات ودوران خطوط الطلاء. ومن الأمثلة على ذلك: خط طلاء فواصل بطاريات الليثيوم الألماني الذي يعمل بمضخاتنا المغناطيسية الدوامة من طراز MDH المزودة بمحركات مصممة خصيصًا. فيما يلي نستعرض عملية تصنيع الخلايا محطةً تلو الأخرى — الإلكتروليت، ومذيب NMP ودورة استعادته، وجرعات المادة الرابطة والمواد المضافة، والتحكم الحراري في خط الطلاء — مع متطلبات المواد، ومقاومة التسرب، والجرعات التي تميز مهام مضخات كيمياء البطاريات عن عمليات النقل العادية. وعندما تقع المهمة خارج نطاق المضخات غير المانعة للتسرب، وتكون الملاط الكاشطة للأقطاب الكهربائية هي المهمة الرئيسية، فإننا نذكر ذلك بوضوح.

1. مهام المضخات في مصنع خلايا بطاريات الليثيوم

دعونا نضع جانباً مياه الاستخدام العادي، التي تُعالج بالطريقة التقليدية باستخدام أجهزة الطرد المركزي. ينقسم الجانب المتعلق بمعالجة السوائل في محطة الخلايا إلى مهام الضخ التالية، التي تتطلب كل منها وسيطاً مختلفاً ومتطلبات دقة مختلفة:

● نقل الملاط وتغذية آلة الطلاء — نقل الملاط الخاص بالكاثود (القائم على NMP) والأنود (القائم على الماء) من الخلاطات إلى قالب الطلاء. يتميز الملاط بنسبة عالية من المواد الصلبة، كما أنه كاشط وحساس للقص.

● تحديد جرعات المادة الرابطة والمواد المضافة — إضافة محلول مادة PVDF الرابطة ومشتتات المضافات الموصلة إلى الخليط بنسب محددة.

● نقل واسترداد المذيبات في عملية NMP — تغذية عملية الطلاء وضخ المذيب المسترجع عبر حلقة التكثيف والتقطير مرة أخرى إلى وحدة الخلط.

● نقل الإلكتروليتات وتحديد الجرعات — نقل إلكتروليت LiPF₆ من البراميل وحاويات IBC إلى الخزانات اليومية وتغذية آلات التعبئة، دون أي تسرب وبما يضمن مقاومة الرطوبة.

● التحكم الحراري في خطوط الطلاء والعمليات — توزيع الجليكول المبرد إلى الخلاطات المُغلفة والغرف الجافة، والسائل الساخن أو الزيت الحراري إلى الأسطوانات المسخنة ومناطق التجفيف.

● التشكيل وتبريد المرافق — تدوير السوائل النظيفة لأغراض التكوين، والتقادم، والتبريد العام للعمليات.

هناك أربعة متطلبات مشتركة بين المهام الكيميائية: توافق المواد مع الإلكتروليت المكوّن لـ HF والمذيبات القوية، والمنع المطلق للتسرب في المناطق التي تحتوي على مذيبات قابلة للاشتعال، ومنع دخول الرطوبة الجوية إلى مسار الإلكتروليت، ودقة الجرعات التي تحافظ على نقطة الضبط المحددة للطلاء أو التعبئة. تمثل ملاط القطب الكهربائي الكاشط مشكلة منفصلة، يتم حلها باستخدام مضخات التجويف التدريجي أو المضخات التمعجية. أما المهام المتعلقة بالإلكتروليت والمذيبات والجرعات والتحكم الحراري، فهي المجالات التي تُعد فيها المضخات ذات الدفع المغناطيسي والمضخات ذات التروس المغناطيسية غير المانعة للتسرب هي الأداة المناسبة، وهذا ما يركز عليه هذا الدليل.

2. المحلول الكهربائي: لماذا يحتاج إلى مضخة مانعة لتسرب الرطوبة وخالية من الأختام

إلكتروليت أيونات الليثيوم هو ملح ليثيوم — غالبًا ما يكون LiPF₆ — مذاب في مزيج من المذيبات الكربونية العضوية مثل EC وDMC وEMC. وهو مادة تآكلية وقابلة للاشتعال وحساسة للغاية للرطوبة. يتفاعل LiPF₆ يتفاعل حتى مع أثر ضئيل من الماء من خلال سلسلة من التحلل المائي تنتهي بتكوين حمض الهيدروفلوريك (HF)، الذي يهاجم المعادن والزجاج ومعظم مواد المضخة، ويؤدي في الوقت نفسه إلى تدهور التركيب الكيميائي للخلية. لذا، يتعين على مضخة الإلكتروليت القيام بمهمتين في آن واحد: الحفاظ على بقاء الإلكتروليت داخل الخلية، ومنع دخول الهواء الرطب إليها.

وهذا يستبعد استخدام مضخة مزودة بحشية أو مختومة ميكانيكيًا. فالحشية تشكل مسارًا لتسرب أبخرة المذيبات القابلة للاشتعال ومسارًا لدخول الرطوبة في الوقت نفسه. أما المضخة ذات الدفع المغناطيسي الخالية من الحشيات فتغلق كلا المسارين: حيث يمر عزم الدوران عبر غلاف احتواء ثابت من خلال وصلة مغناطيسية، وبالتالي لا توجد أي حشية ديناميكية على الإطلاق. يجب أن تكون الأجزاء الملامسة للسائل غير معدنية أو مبطنة بالبوليمرات الفلورية — PTFE أو PFA أو ETFE — وتعمل على محامل من كربيد السيليكون، لأن أي جزء معدني ملامس للسائل يتآكل بمجرد تكوّن HF. هناك تفصيل واحد يربك المصانع: اللدائن المرنة. تؤدي مذيبات الكربونات إلى انتفاخ الحلقات الدائرية القياسية المصنوعة من مادة FKM (فيتون) حتى تفقد قدرتها على الإحكام، لذا فإن مادة FFKM (البوليمر الفلوري) هي المواصفة القياسية للاستخدامات التي تتضمن إلكتروليتات.

مزيج المذيبات قابل للاشتعال، لذا عادةً ما تُصنف مناطق مضخات الإلكتروليت والمذيبات ضمن تصنيف ATEX أو IECEx للمنطقة 1 أو المنطقة 2. ويحتاج المحرك إلى تصنيف Ex يتوافق مع تصنيف المنطقة — تأكد من مطابقته لمخطط المناطق الخطرة في المنشأة قبل الشراء. منتجاتنا مضخة AMC-F ذات الدفع المغناطيسي والمبطنة بـ PTFE وهو التصميم المبطّن بالفلوروبوليمر والخالي من الأختام الذي تتطلبه هذه المهمة، وهو يتوافق مع منتجنا حلول المضخات المقاومة للتسرب و حلول المضخات المقاومة للتآكل للحصول على صورة أوسع عن التعامل مع المواد المسببة للتآكل.

3. نقل الإلكتروليتات، والجرعات، والتعبئة

هناك ثلاث مهام متميزة لمضخات الإلكتروليت، ولا تستخدم جميعها نفس المضخة. تنقل عملية النقل بالجملة الإلكتروليت من براميل التوزيع أو حاويات IBC إلى الخزانات اليومية والأوعية العازلة — وهي عملية مستمرة وخالية من التسرب ومحكمة الإغلاق ضد الرطوبة. أما التغذية المقيسة فتقوم بتوصيل الإلكتروليت إلى الخزان العازل لآلة التعبئة بمعدل يتم التحكم فيه. أما الجرعة النهائية التي تُضخ في كل خلية — ميكروليتر للخلية النقدية، وجم للخلية الكيسية أو المنشورية، وعادةً ما يتم سحبها تحت التفريغ — تتم بواسطة رأس القياس الدقيق الخاص بآلة التعبئة، وعادةً ما يكون مكبسًا خزفيًا أو وحدة تمعجية مصممة بدقة ±0.5–1% في الجرعة الواحدة. رأس الجرعات الدقيقة هذا هو جزء من معدات التعبئة. أما المضخة التي تحددها بشكل منفصل فهي التي تنقل وتغذي المحلول الكهربائي إليه.

بالنسبة لعملية النقل من البراميل أو حاويات IBC إلى الخزان، ومن الخزان إلى الآلة، توفر المضخة المغناطيسية ذات التروس غير المُحكمة إغلاقًا تدفقًا حجميًّا سلسًا وقابلًا للتكرار وخاليًّا من النبضات، دون وجود أي مانع تسرب قد يتسبب في التسرب أو دخول الرطوبة. إن مضخة التروس المغناطيسية الصغيرة من طراز MDC-M مناسب لجرعات صغيرة من الإلكتروليت والمواد المضافة؛ و مضخة التروس المغناطيسية MDC-K وـ مضخة التروس المغناطيسية MDC-X متوسطة إلى كبيرة الحجم تتحمل معدلات نقل أعلى. ولإجراء عمليات نقل أكبر حجمًا وخالية من التسرب مباشرةً من مخازن التخزين بالجملة، فإن مضخة AMC-F ذات الدفع المغناطيسي والمبطنة بـ PTFE يحافظ على المسار بأكمله خاملًا ومحصورًا من البرميل إلى خزان اليومي.

4. مذيب NMP: مضخات المناولة والاسترداد

NMP (N-ميثيل-2-بيروليدون) هو المذيب الذي يذيب مادة الربط PVDF في ملاط الكاثود. وهو مادة باهظة الثمن، ومركب عضوي متطاير خاضع للتنظيم، ومادة سامة للتكاثر؛ لذا فإن خط الطلاء الحديث يتعامل معه بطريقتين: التعامل معه دون تسرب، واستعادته. يغلي NMP عند حوالي 203 درجة مئوية وهو قابل للامتزاج تمامًا مع الماء، وهذان العاملان يحددان عملية الاسترداد واختيار المضخة.

أثناء تجفيف الأقطاب الكهربائية، يحمل عادم فرن الطلاء أبخرة NMP. ويسترد نظام التكثيف البارد ما يقارب 90–95% منها في صورة سائلة؛ ويمر الغاز المتبقي المشبع عبر مركّز دوار يعمل بالزيوليت أو الكربون المنشط، وغالبًا عبر مؤكسد حراري متجدد لضمان الامتثال النهائي لمعايير المركبات العضوية المتطايرة (VOC). ثم يتم تقطير مادة NMP المستردة، مستفيدين من درجة غليانها العالية وقابليتها للامتزاج مع الماء، وإعادتها إلى عملية خلط الملاط. وتتضمن هذه الدورة عدة مهام للمضخات: نقل المكثفات المستردة، وتغذية عمود التقطير وإعادة تدويره، وإعادة مادة NMP النقية إلى غرفة الخلط، ويكون بعضها ساخنًا.

المضخات غير المانعة للتسرب مناسبة لجميع هذه الاستخدامات. بالنسبة لخدمات نقل واستعادة مادة NMP، فإن مضخة AMC-L ذات المحرك المغناطيسي للعمليات الكيميائية و مضخة AMC-F ذات الدفع المغناطيسي والمبطنة بـ PTFE يضمن التعامل مع المذيب دون حدوث تسرب، و مضخة التروس المغناطيسية MDC-K يوفر هذا النظام توزيعًا محدد الكمية وخاليًا من النبضات في الحالات التي تتطلب معدل تغذية ثابتًا. كما أن عمليات التقطير الساخن أصبحت في متناول نظام الدفع المغناطيسي المزود بمواصفات درجة الحرارة المناسبة. وهناك جانب تنظيمي في هذا الصدد أيضًا: فاللوائح المتعلقة بالبوليمرات الفلورية ومركبات PFAS تزداد صرامةً، وملاحظتنا بشأن اللوائح المتعلقة بمركبات PFAS ومتطلبات المضخات الكيميائية يتناول ما يعنيه ذلك بالنسبة لمواصفات المضخات المبطنة.

5. جرعات المادة الرابطة والمواد المضافة في الملاط

تعتبر معجون الأقطاب الكهربائية بحد ذاته المهمة الوحيدة في مصنع الخلايا التي لم تُصمم لها المضخات الدوارة والمضخات الدوامة غير المُحكمة الإغلاق. يتميز ملاط الكاثود (المادة الفعالة بالإضافة إلى مادة رابطة PVDF في NMP) وملاط الأنود (الجرافيت مع مادة رابطة CMC و SBR ذات أساس مائي) بارتفاع نسبة المواد الصلبة فيهما، وكونهما كاشطين، وحساسين للقص، وذوي خصائص تخفيف قوية تحت تأثير القص، مع لزوجة تتقلب بمقدار عدة أوامر عبر الخط. يتم نقل الملاط السائب من الخلاط إلى آلة الطلاء باستخدام مضخات ذات تجويف متدرج (أحادية) أو مضخات تمعجية، وتحتاج آلة الطلاء ذات القالب الشقي إلى تغذية خالية من النبضات. وعادةً ما يتم شحن هذه المعدات مع خط الطلاء.

تُعد المضخات التروسية المغناطيسية الأداة المثالية للمهام التي تتطلب قياسًا دقيقًا وتآكلًا منخفضًا في منطقة الخلاط — مثل ضخ محلول مادة الربط PVDF، ومشتتات الإضافات الموصلة، وغيرها من المواد ذات اللزوجة المنخفضة إلى المتوسطة بنسب محكومة، دون نبضات ودون تسرب. إن مضخة التروس المغناطيسية الصغيرة من طراز MDC-M تتولى عملية الجرعات الدقيقة بكميات صغيرة؛ و مضخة التروس المغناطيسية MDC-K تزيد من معدل التدفق. بالنسبة للملاط الكاشط عالي المحتوى من المواد الصلبة، فإن المضخة ذات الإزاحة الإيجابية المصممة خصيصًا للمواد الصلبة هي الخيار الصحيح، و مبدأ عمل المضخة الإزاحية ودليل اختيارها يشرح المفاضلات. النص الكامل سلسلة مضخات الإزاحة الإيجابية تغطي مجموعة التروس والريش.

6. التحكم الحراري في خطوط الطلاء والعمليات

يعمل خط الإنتاج على تشغيل دوائر التسخين والتبريد بالتوازي، ويحتاج كل منها إلى مضخة دوران نظيفة وخالية من التسرب. ويؤدي خلط الملاط عالي القص إلى توليد الحرارة، لذا فإن خلاطات الكاثود والأنود مزودة بغلاف عازل ويتم الحفاظ على درجة حرارتها باستخدام الماء المبرد أو الجليكول. تعمل غرف تجفيف البطاريات، التي تُحافظ على نقطة ندى منخفضة للغاية، بمزيلات رطوبة تعمل بالمجفف المدعومة بدوائر تبريد وجلينول. أما في الجانب الساخن، حيث يقوم الخط بتسخين أسطوانات الكالندر أو تزويد مناطق التجفيف بالسائل الساخن، فيتم تدوير الماء الساخن أو الزيت الحراري.

تُستخدم المضخات المغناطيسية الدوامة غير المُحكمة الإغلاق في مهام تدوير السوائل النظيفة الساخنة والباردة دون الحاجة إلى مانع تسرب، مما يمنع تسرب سائل التبريد أو دخول الهواء. إن مضخة مغناطيسية دوامية من الفولاذ المقاوم للصدأ من طراز MDW و مضخة MDH ذات الدفع المغناطيسي الدوامي المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ تتولى ضخ الجليكول المبرد وتدوير السوائل الساخنة — فالمضخة من فئة MDH هي التي تعمل على خط طلاء الفاصل الألماني المشار إليه سابقًا. أما عندما يتعلق الأمر بالزيت الحراري الحقيقي عند درجات حرارة عالية، فإن مضخة الزيت الحراري المقاومة للحرارة العالية من طراز WRY-H صُمم خصيصًا لهذا الغرض. وللاطلاع على نطاق التحكم في درجة الحرارة الأوسع، يرجى الاطلاع على حلول المضخات المخصصة للدرجات العالية وـ حلول مضخات اختبار بطاريات السيارات الكهربائية تُستخدم في مجال اختبار الخلايا.

7. توافق المواد مع مضخات كيمياء البطاريات

اختيار المواد هو العامل الذي يميز بين المضخة التي تدوم طويلاً وتلك التي تتعطل في غضون أسابيع. يلخص هذا الجدول خيارات المواد الملامسة للسوائل والمواد المرنة المستخدمة في السوائل الرئيسية المستخدمة في تصنيع البطاريات.

يُعد الفولاذ المقاوم للصدأ 316L مناسبًا لمياه الاستخدامات العامة النظيفة، والغليكول، وNMP الجاف والبارد، ولكنه لا يُعد مادة ملامسة للإلكتروليت بمجرد احتمال تكوّن أي كمية من حمض الهيدروفلوريك (HF). ويجب أن يكون هذا المسار مبطّنًا بالبوليمر الفلوري أو غير معدني، نقطة.

8. مصفوفة اختيار المضخات المستخدمة في تصنيع بطاريات الليثيوم

وبناءً على توزيع محطات الخلايا والنباتات، يكون اختيار المضخة على النحو التالي:

9. لماذا تُعد المضخات ذات الدفع المغناطيسي والمضخات التروسية غير المُحكمة مناسبة لتصنيع البطاريات

الخيط المشترك بين جميع المهام الكيميائية المذكورة أعلاه هو الختم، أو عدم وجوده. ويُعد تصنيع البطاريات مثالاً نموذجياً تقريباً على استخدام المضخات غير المُختومة، لأنه يجمع كل الأسباب التي تدعو إلى الاستغناء عن الختم الميكانيكي:

● عدم وجود أي تسرب للمذيبات القابلة للاشتعال — عدم وجود مانع تسرب ديناميكي يعني عدم وجود مسار للتسرب في منطقة من الفئة 1 أو الفئة 2.

● منع دخول الرطوبة — نفس الغلاف العازل الذي يحافظ على بقاء الإلكتروليت في الداخل ويمنع دخول الهواء الرطب، مما يحمي LiPF₆ من التحلل المائي.

● لا تدفق للسائل، ولا تلوث — لا تحتاج المضخة الخالية من الأختام إلى أي حاجز أو سائل شطف قد يؤدي إلى تخفيف أو تلويث محلول كهربائي أو مذيب دقيق.

● دقة الجرعات — توفر المضخات التروسية المغناطيسية تدفقًا حجميًّا متكررًا وخاليًّا من النبضات لقياس كميات المواد الرابطة والمواد المضافة والإلكتروليتات.

● عمر تشغيلي طويل في ظروف التشغيل النظيفة — عدم الحاجة إلى ارتداء غطاء للوجه يعني تقليل عدد المرات التي يتعين فيها الدخول إلى غرف الأبحاث والغرف الجافة التي يخضع الدخول إليها لقيود.

فيما يتعلق بخط إنتاج بطاريات الليثيوم، تتولى المضخات ذات الدفع المغناطيسي الخالية من الأختام مهام نقل المواد المسببة للتآكل والقابلة للاشتعال، بينما تتولى المضخات ذات التروس المغناطيسية مهام الجرعات المقننة، وتتولى المضخات المغناطيسية الدوامية مهام الدوران الساخن والبارد. وهذه منصة واحدة خالية من الأختام تغطي محطات المواد الكيميائية والجرعات والحرارة في المصنع.

10. مجموعة مضخات بطاريات الليثيوم من شركة «أولانك»

نقوم بتوريد مضخات بدون أختام لقطاعي الطاقة الجديدة وتصنيع البطاريات، بحيث تتناسب مع متطلبات كل محطة:

● مضخة AMC-F ذات الدفع المغناطيسي والمبطنة بـ PTFE — مبطنة بالفلوروبوليمر، ونقل غير محكم للإلكتروليت ومذيب NMP.

● مضخة AMC-L ذات المحرك المغناطيسي للعمليات الكيميائية — محرك مغناطيسي مخصص للعمليات الكيميائية لنقل المذيبات والمواد المسببة للتآكل.

● مضخة التروس المغناطيسية الصغيرة من طراز MDC-M / مضخة التروس المغناطيسية MDC-K / مضخة التروس المغناطيسية MDC-X متوسطة إلى كبيرة الحجم — التغذية والنقل بجرعات محددة بدون نبض للكهربوليتات والمواد الرابطة والمواد المضافة، بدءًا من التدفق الدقيق وصولاً إلى التدفق المتوسط إلى الكبير.

● مضخة مغناطيسية دوامية من الفولاذ المقاوم للصدأ من شركة MDW / مضخة MDH ذات الدفع المغناطيسي الدوامي المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ — نظام تدوير نظيف للسوائل الساخنة والباردة يستخدم لتبريد الخلاط، والغليكول في الغرف الجافة، ودوائر السوائل المسخنة.

● مضخة الزيت الحراري المقاومة للحرارة العالية من طراز WRY-H — دوران الزيت الحراري للأسطوانات الساخنة ومناطق التجفيف.

يتم تصنيع واختبار كل مضخة وفقًا لعملية جودة موثقة — ISO 9001، وشهادة TÜV CE للمضخات الدوامية ذات المحرك المغناطيسي، وسجلات اختبار المعلمات الفردية، وأكثر من 50 براءة اختراع تتعلق بنظام الدفع المتزامن بالمغناطيس الدائم ونظام الهيدروليكا الدوامي المحمي. يتم تهيئة المحركات المخصصة، بما في ذلك الجهد والتردد الخاصين وتصنيفات Ex التي تحتاجها خطوط إنتاج البطاريات، وفقًا للتطبيق المطلوب. لقد قمنا بتزويد عملاء في مجال البطاريات والطاقة الجديدة في جميع أنحاء الصين وألمانيا وآسيا. أرسل إلينا متطلباتك المتعلقة بالسائل والتركيز والتدفق والدقة وتصنيف المنطقة، وسنرد عليك بمجموعة من التوصيات تتضمن مواصفات المواد وعروض الأسعار في غضون يومي عمل.

تصفح سلسلة المضخات الكيميائية، سلسلة مضخات الإزاحة الإيجابية، و سلسلة مضخات فورتكس، أو اقرأ دليل اختيار المضخات ذات المحرك المغناطيسي و مقارنة بين المضخة التروسية المغناطيسية والمضخة الدوامة المغناطيسية.

احصل على تكوين مخصص لمضخة بطارية الليثيوم

سواء كنت تدير خط إنتاج خلايا في مصنع «جيجا فاكتوري»، أو تقوم بتصنيع أنظمة الطلاء وتعبئة الإلكتروليت بصفتك مصنعًا للمعدات الأصلية (OEM)، أو تدير خطًا تجريبيًّا وخطًا للبحث والتطوير، فإن فريقنا الهندسي قادر على اختيار المضخة المغناطيسية بدون مانع تسرب، أو الترس المغناطيسي، أو المضخة المغناطيسية الدوامة المناسبة لكل محطة معالجة سوائل في مصنعك.

تواصل مع فريقنا: اتصل بـ Aulank | واتساب: +86 13773157367 | البريد الإلكتروني: info@aulankpump.com

تصفح صفحات المنتجات والحلول ذات الصلة:

● سلسلة المضخات الكيميائية

● سلسلة مضخات الإزاحة الإيجابية

● حلول المضخات المانعة للتسرب

● حلول المضخات المقاومة للتآكل