Электролит аккумулятора — одна из самых требовательных жидкостей в современном производстве. Типичным электролитом для литий-ионных аккумуляторов является гексафторфосфат лития (LiPF₆), растворенный в смеси органических карбонатных растворителей — этиленкарбоната, диметилкарбоната, этилметилкарбоната и диэтилкарбоната. Эта смесь является легковоспламеняющейся, летучей и химически агрессивной. Хуже того, она не переносит воду: LiPF₆ остается стабильным в сухой инертной среде при температуре до примерно 107 °C, но при контакте даже с незначительным количеством влаги он разлагается на фторид лития и пентафторид фосфора, а PF₂ затем вступает в реакцию с водой с образованием фтористоводородной кислоты. Не зря в электролите аккумуляторного качества содержание воды не должно превышать 15 ppm, а HF — 50 ppm. Насос, из которого вытекают пары, пропускающий влагу или выделяющий ионы металлов в жидкость, не просто изнашивается — он может разрушить электролит и изготовленные из него элементы.
Именно поэтому в сфере работы с электролитами все чаще используются бескамерные насосы с рабочими частями из фторполимеров. Уже более десяти лет мы поставляем насосы с магнитным приводом и герметичные насосы на заводы по производству материалов для аккумуляторов и линии по производству элементов. В данном руководстве описано, как выбирать насосы для основных задач по перекачке электролита — перекачки больших объемов, рециркуляции, точного наполнения элементов, а также дозирования растворителей и добавок — с учетом требований по контролю влажности, локализации утечек и совместимости материалов, которые отличают работу с электролитом от обычной перекачки химикатов. Это специализированное дополнение к нашему более общему Руководство по выбору насосов для производства литиевых батарей, которая охватывает весь технологический процесс от приготовления бурового раствора до заделки пласта.
1. Станции обработки электролита на заводе по производству аккумуляторов
Электролит проходит через несколько отдельных секций на пути от резервуара с исходным растворителем до герметичной ячейки. Каждая из них предъявляет свои требования к расходу, точности и герметичности:
● Перекачка растворителей и электролитов — перекачка карбонатных растворителей и смешанных электролитов из бочек, контейнеров IBC и резервуаров для наливных грузов в промежуточные резервуары и смесительные емкости.
● Смешивание и рециркуляция электролита — смешивание соли и растворителей до получения требуемого состава и пропускание смеси через фильтр для достижения требуемого уровня чистоты.
● Точное наполнение ячеек — введение в каждую ячейку точно отмеренной дозы электролита, как правило, в вакууме, с высокой точностью дозирования.
● Дозирование добавок и соли — дозирование пленкообразующих добавок и концентрата в смесь в строго определённых пропорциях.
● Регенерация растворителей и утилизация отходов — улавливание паров летучих растворителей и отправка отработанного или некондиционного электролита на переработку или утилизацию.
Все они подчиняются четырем основным требованиям: полное отсутствие утечек горючих и токсичных жидкостей; полное предотвращение попадания влаги в жидкость, которая при контакте с водой образует фтористоводородную кислоту; отсутствие загрязнения жидкости для аккумуляторов ионами металлов или твердыми частицами; а также совместимость материалов с карбонатными растворителями, которые вызывают набухание или растворение неподходящих полимеров. Эти четыре пункта определяют выбор практически каждого насоса на линии.
2. Проблема влажности: почему безаirtная архитектура является обязательным условием
Единственным фактором, определяющим выбор электролитного насоса, является реакция LiPF₆ с водой. В сухой инертной среде соль стабильна. При попадании влаги происходит гидролиз — LiPF₂ распадается на LiF и PF₂, а PF₂ вступает в реакцию с водой с выделением HF. HF является крайне токсичным, вызывает коррозию оборудования и разрушает внутреннюю часть элемента. Поэтому смешивание, перекачка и заправка электролита производятся в сухих помещениях или в атмосфере инертного газа, а каждое устройство на пути электролита должно предотвращать попадание влаги и удержание паров.
Насос с механическим уплотнением не способен этого сделать. Его динамическое уплотнение представляет собой двусторонний канал: пары горючих растворителей выходят наружу, а влага из атмосферы проникает внутрь, особенно по мере износа уплотнения. Ни то, ни другое недопустимо при работе с электролитом. Безуплотнительные насосы решают обе эти проблемы сразу:
● Насосы с магнитным приводом. Рабочее колесо приводится в движение с помощью магнитной муфты через герметичную защитную оболочку, поэтому вал не проходит через корпус. Рабочая среда находится за статическими уплотнениями и оболочкой — отсутствуют динамические уплотнения, пути утечки пара и пути проникновения влаги. Подробную техническую информацию см. в нашем Руководство по выбору промышленных насосов с магнитным приводом.
● Насосы с встроенным двигателем. Ротор работает внутри герметичного корпуса, интегрированного с рабочей частью, что позволяет устранить даже зазор между магнитами в приводе с магнитным приводом. Для непрерывной эксплуатации с растворителями и электролитами это наиболее герметичный вариант. Три конструктивных решения сравниваются в нашем Руководство по технологии насосов с встроенным электродвигателем.
В обоих случаях результат один и тот же: герметичный контур циркуляции. Это базовое требование к электролиту, а не дополнительная опция. Более подробная информация о системе защиты от утечек изложена на нашем Страница с решениями по герметичным насосам.
3. Совместимость материалов: детали, контактирующие с жидкостью, из фторполимеров и уплотнения из FFKM
Правильный выбор контейнера — это половина дела. Вторая половина — это материалы, контактирующие с жидкостью, и в случае с электролитом к этому относятся очень строго. Растворители карбонатов вызывают набухание или растворение многих распространенных полимеров, а металлические поверхности не только загрязняют жидкость, но и подвергаются коррозии под воздействием образующейся фтористоводородной кислоты. Практическая таблица совместимости:
| Компонент | Правильный выбор | Избегайте | Причина |
| Смачиваемый корпус / рабочее колесо | Фторополимерная облицовка из PFA или ETFE | Нержавеющая сталь и большинство металлов | Ионы металлов загрязняют жидкость для аккумуляторов; фтористоводород разрушает металл |
| Статические уплотнения / Уплотнительные кольца | FFKM (перфторэластомер) | Стандарт FKM / Витон | FKM разбухает в растворителях карбонатов и теряет герметичность |
| Подшипники | Карбид кремния | Углерод / металл в некоторых марках | Химически инертный, износостойкий, устойчивый к работе всухую |
| Защитная оболочка | С фторполимерным или керамическим покрытием | Чистый металл | Инертный барьер, не допускающий вымывания |
Пункт, касающийся FFKM, часто ставит людей в тупик. Насос, который в остальном соответствует требованиям — безуплотнительный, с фторполимерным покрытием — все равно может выйти из строя, если в нем используются стандартные уплотнительные кольца из FKM, поскольку карбонатные растворители вызывают разбухание FKM до тех пор, пока уплотнение не перестанет выполнять свою функцию. Перфторэластомер (FFKM) является стандартным материалом для работы с карбонатными растворителями. Лучше уточнить это в техническом паспорте, чем полагаться на догадки. Наш Насос с магнитным приводом и PTFE-покрытием AMC-F состоит из деталей, контактирующих с жидкостью, полностью изготовленных из фторполимеров, и является установкой, которую мы чаще всего конфигурируем для перекачки электролитов и карбонатных растворителей. Более обширная информация о материалах представлена на нашем Страница с решениями по коррозионно-стойким насосам.
4. Массовая перекачка и рециркуляция
При массовой перекачке карбонатные растворители и смешанный электролит перемещаются из резервуаров хранения в промежуточные резервуары и смесительные емкости; при рециркуляции электролит смешивается и фильтруется до достижения требуемой чистоты. Обе операции выполняются в непрерывном режиме, где эффективность и герметичность имеют большее значение, чем точность дозирования. Необходимо учесть три момента:
● Эффективность при непрерывной работе. Эти насосы работают в течение длительного времени, поэтому с учетом общего количества рабочих часов насос с электрическим приводом и без уплотнений является более экономичным, чем насос с пневматическим приводом. Насос с магнитным приводом или с герметичным двигателем подходит для данной задачи и обеспечивает герметичность проходного канала.
● Класс зоны воспламеняемости. Растворители карбонатов являются легковоспламеняющимися, поэтому зоны перекачки относятся к взрывоопасным. Двигатель насоса должен иметь соответствующий класс взрывозащиты, соответствующий группе газов растворителя и температурному классу.
● Низкий уровень пульсаций для стабильной фильтрации. Рециркуляция через мелкоячеистые фильтры наиболее эффективна при стабильном расходе. Вихревая гидравлическая система с регенеративной турбиной обеспечивает выходной поток с низким уровнем пульсаций, что идеально подходит для фильтрационных контуров.
Для массовой подачи и рециркуляции Насос с магнитным приводом и PTFE-облицовкой AMC-F предназначен для работы с электролитами, вступающими в контакт с фторполимерами, а также для непрерывной эксплуатации с высокочистыми растворителями, когда даже статическое уплотнение уплотнительным кольцом является нежелательным, Серия герметичных вихревых насосов PWH/PWD/PWM предлагает вариант с готовым двигателем. Для поэтапного применения растворителей с меньшей агрессивностью при сохранении совместимости с нержавеющей сталью Вихревой магнитный насос из нержавеющей стали MDW — это более экономичный вариант, хотя при наличии LiPF₆ в жидкости фторполимер является более безопасным выбором по умолчанию.
5. Точное наполнение ячеек: дозированная подача под вакуумом
Заполнение элементов — это операция с электролитом, требующая максимальной точности. В каждый элемент вводится точная доза электролита, как правило, под вакуумом, чтобы жидкость полностью смачивала пакет электродов и сепаратор без образования газовых пузырей. Недостаточное заполнение приводит к «голоданию» элемента и сокращению срока службы; переполнение приводит к потере дорогостоящего электролита и может вызвать утечку или выброс газа. Это область положительного смещения, где объем на ход повторяем независимо от противодавления. Три требования:
● Объемная точность. Допуски при наполнении очень жесткие — дозы с точностью до долей миллилитра, с погрешностью не более ±1 % или даже лучше. Шестеренчатые насосы с магнитным приводом обеспечивают необходимую стабильность подачи малых объемов, при этом отсутствие уплотнений исключает утечку электролита.
● Совместимость с вакуумной средой. Заполнение в вакууме означает, что со стороны камеры на насос и трубопроводы действует давление ниже атмосферного. Насос должен обеспечивать точное дозирование в таких условиях давления, не теряя герметичности и не всасывая воздух.
● Низкий уровень сдвига и отсутствие мертвого объема. Гладкая внутренняя поверхность с минимальным мертвым объемом обеспечивает точность наполнения и способствует более тщательной очистке и продувке оборудования при переходе от одной партии к другой.
Для дозированного наполнения ячеек и дозирования добавок наша Микро-мини-магнитный шестеренчатый насос MDC-M обеспечивает точное дозирование небольших объемов, а также Магнитный шестеренчатый насос MDC-K предназначена для дозированной перекачки жидкостей с высоким расходом. Конструкция редуктора с магнитным приводом обеспечивает необходимую объемную повторяемость при наполнении, сохраняя герметичность канала потока. Подробнее о принципе действия объемных насосов см. в нашем Принцип действия насоса прямого вытеснения и руководство по выбору.
6. Сопутствующие операции: перекачка растворителя из системы NMP и электродовой суспензии
Электролит — не единственная агрессивная жидкость на заводе по производству аккумуляторных элементов. На предшествующих этапах производства при нанесении покрытия на электроды в качестве растворителя используется N-метил-2-пирролидон (NMP), который растворяет PVDF-связующее вещество в катодной суспензии. NMP является агрессивным веществом, переносимая им суспензия вязкая и абразивная, поэтому к ней применяются те же принципы локализации. Зачастую на заводах требования к насосам со стороны электролита распространяются и на сторону NMP, поэтому стоит остановиться на этом вопросе:
● Перенос и извлечение NMP. NMP извлекается и перерабатывается после того, как он выпаривается в печах для нанесения покрытий, что представляет собой процесс непрерывной перекачки агрессивного растворителя. Бесшовные насосы с фторполимерным покрытием подходят для этих целей по тем же причинам, что и для электролитов, — благодаря химической инертности и герметичному контуру потока.
● Обработка катодной суспензии. Катодная суспензия на основе PVDF в NMP отличается высокой вязкостью, абразивностью и чувствительностью к сдвигу. Требуется аккуратная перекачка с низким сдвигом и низким уровнем пульсаций, которая сохраняет реологические свойства суспензии и предотвращает сегрегацию частиц, с использованием износостойких смачиваемых деталей. Это другой класс насосов, отличающийся от насосов для перекачки электролита, и вопросы вязкости рассматриваются в нашем Руководство по выбору насосов для перекачки жидкостей с высокой вязкостью.
Для покупателя оборудования важно то, что как для NMP, так и для электролита требуется использование безуплотнительных насосов с фторполимерным покрытием, поэтому применение единого стандарта насосов для обоих случаев позволяет упростить систему запасных частей. Полная линейка оборудования от электродов до пласта описана в нашем Руководство по выбору насосов для производства литиевых батарей.
7. Эксплуатационная практика: сухие помещения, продувка и системная интеграция
Выбор подходящего насоса — это необходимое, но не достаточное условие. При обслуживании электролитных систем существует ряд практических моментов, от которых зависит, будет ли правильно подобранный насос работать эффективно:
● Интеграция сушильной камеры и системы с инертным газом. Смешивание, перекачка и розлив осуществляются в сухих помещениях с очень низкой точкой росы или в атмосфере инертного газа. Насос и его соединения не должны становиться точкой проникновения влаги. Бесшвевая конструкция способствует этому, однако фитинги, прокладки и любые разъёмы приборов также должны обеспечивать герметичность системы.
● Очистка и переналадка. Между партиями трубопроводы и насосы продуваются сухим инертным газом или совместимым растворителем. Гладкая внутренняя поверхность с минимальным мертвым объемом обеспечивает тщательную продувку; в сложных внутренних полостях могут скапливаться остатки электролита, которые впоследствии могут гидролизоваться и образовывать фтористоводородную кислоту.
● Допуск на холостой ход. Во время переналадки и очистки трубопровода насос может кратковременно работать с небольшим количеством жидкости или без нее. Подшипники из карбида кремния лучше переносят кратковременную работу всухую, чем углеродные или металлические подшипники, что обеспечивает защиту насоса во время этих переходных процессов.
● Заземление и устранение статического электричества. Растворители карбонатов являются легковоспламеняющимися, поэтому меры по устранению статического электричества и надлежащее заземление насоса и трубопроводов являются неотъемлемой частью монтажа наряду с классом взрывозащиты двигателя.
Эти моменты относятся к системному уровню, и их уточнение на этапе выбора позволяет избежать типичной ситуации, когда правильно выбранный насос работает неэффективно из-за отсутствия четких требований к интеграции с окружающими системами.
8. Таблица выбора насосов для работы с электролитами
В приведенной ниже таблице кратко изложены наши типовые рекомендации по станциям обработки электролита. Это лишь отправные точки; фактический состав электролита, расход и требуемая точность всегда должны проверяться с учетом реальных условий технологического процесса:
| Станция | Жидкость | Основное требование | Рекомендуемый насос |
| Перекачка карбонатного растворителя в больших объемах | ЭК/ДМК/ЭМК/ДЭК | Зона возгорания, герметичная | AMC-F с PTFE-покрытием и магнитным приводом |
| Перенос смешанного электролита | LiPF· в карбонатах | Никакой влаги, никаких утечек | AMC-F с PTFE-покрытием и магнитным приводом |
| Рециркуляция / фильтрация электролита | Смешанный электролит | Низкая пульсация, непрерывный | AMC-F или PWH в корпусе с вихревым потоком |
| Непрерывная регенерация растворителя / ЛОС | Регенерированный растворитель | Максимальная изоляция | PWH/PWD/PWM — вихревой контейнер |
| Точное наполнение ячеек | Смешанный электролит | Объёмная точность в вакууме | Микромагнитная передача MDC-M |
| Дозирование добавок / соли | Концентрат добавки | С измерением, повторяемый | Магнитный редуктор MDC-M или MDC-K |
| Разделение по растворимости (предсолевой этап) | Растворитель карбонатов | Более экономичный перевод | MDW 316L vortex (без двигателя) |
В одной линии используется сразу несколько таких насосов. Насосы с магнитным приводом и фторполимерным покрытием выполняют задачи по перекачке и транспортировке больших объемов, насосы с герметичным двигателем — задачи, требующие максимальной герметичности, а магнитные шестеренчатые насосы — дозирование и розлив. Все они имеют общий герметичный контур прохождения жидкости без уплотнений, что является обязательным условием при работе с электролитами.
9. Ассортимент электролитных насосов Aulank
На протяжении более 17 лет мы поставляем безуплотнительные насосы производителям материалов для аккумуляторов и на линии по производству аккумуляторных элементов в Китае, Южной Корее, Индии и Европе. Ассортимент оборудования, которое мы обычно рекомендуем для работы с электролитами:
● Насос с магнитным приводом и PTFE-облицовкой AMC-F — основной блок для перекачки электролита и карбонатного раствора, все смачиваемые детали изготовлены из фторполимеров, герметичный корпус с магнитным приводом, варианты уплотнений из FFKM для работы с карбонатами.
● Серия герметичных вихревых насосов PWH/PWD/PWM — вариант с герметичным двигателем для непрерывной регенерации растворителя и выполнения задач по обеспечению максимальной герметичности.
● Микро-мини-магнитный шестеренчатый насос MDC-M и Магнитный шестеренчатый насос MDC-K — точное наполнение ячеек, дозирование добавок и дозированная перекачка с обеспечением повторяемости объёма и герметичным контуром потока.
● Вихревой магнитный насос из нержавеющей стали MDW — более экономичный вариант из нержавеющей стали марки 316L для промежуточного хранения растворителей в предсолевых пластах, совместимый с другими системами из нержавеющей стали, с возможностью установки взрывозащищенных двигателей.
Что конкретно получает от нас производитель материалов для аккумуляторов или аккумуляторных элементов:
● Детали, контактирующие с жидкостью, из фторполимеров и уплотнения из FFKM в стандартной комплектации для работы с карбонатными растворителями и электролитом LiPF₆, что подтверждается в техническом паспорте.
● Герметичная конструкция без уплотнений во всех сериях приводов с магнитным приводом и встроенным двигателем, обеспечивающих полное отсутствие утечки паров и попадания влаги.
● Варианты взрывозащищенных двигателей в соответствии с группой углекислотно-растворительных газов и температурным классом для классифицированных зон.
● Подшипники из карбида кремния за химическую инертность и устойчивость к работе всухую во время переналадки и продувки.
● Документированный контроль качества — Сертификаты ISO 9001 и TÜV CE на вихревые насосы с магнитным приводом, протоколы испытаний отдельных параметров, а также более 50 патентов на конструкцию синхронного привода с постоянными магнитами и экранированную вихревую гидравлику.
Если вы ищете насосы для установки по смешиванию электролита, линии наполнения элементов или завода по производству материалов для аккумуляторов, пришлите нам рецептуру электролита, расход, требуемую точность и классификацию зоны, и мы в течение двух рабочих дней предоставим вам рекомендуемую конфигурацию с техническими характеристиками материалов и ценовым предложением.
Закажите индивидуальную конфигурацию электролитного насоса
Независимо от того, занимаетесь ли вы производством оборудования для наполнения элементов и смешивания электролитов в качестве OEM-производителя, управляете ли линией по производству элементов на гигафабрике или выпускаете электролиты и растворители для аккумуляторных батарей, наша команда инженеров подберет подходящий безуплотнительный насос с магнитным приводом, герметичный двигатель или магнитный шестеренчатый насос для каждой станции по работе с электролитами в вашем технологическом процессе.
Свяжитесь с нашей командой: Связаться с Aulank | WhatsApp: +86 13773157367 | Электронная почта: info@aulankpump.com
Просмотрите страницы с соответствующими продуктами и решениями:
● Серия насосов прямого вытеснения