С точки зрения жидкостей гигафабрика по производству литиевых батарей — это химический завод, который заодно выпускает элементы питания (ячейки). Между линией нанесения покрытия на электроды и готовым блоком процесс перемещает несколько жидкостей, которые наказывают неправильно выбранный насос: NMP (Н-метилпирролидон), который токсичен, горюч и слишком ценен, чтобы его терять; электролит, который превращается в плавиковую кислоту в тот момент, когда встречается с влагой; катодные и анодные суспензии, которые являются густыми и абразивными; и контуры охлаждающей жидкости, которые располагаются близко к рабочим элементам. У каждой из них есть свой режим отказа, и неподходящий насос проявляется в виде утечки, загрязненной партии, изношенного рабочего колеса или инцидента с безопасностью. В Aulank мы производим бессальниковые насосы с магнитной муфтой и вихревые насосы для новой энергетики, и мы подобрали типы насосов для этих задач в аккумуляторных, химических системах и системах терморегулирования. В этой статье рассматриваются жидкости, используемые в производстве литиевых батарей, какой насос подходит для каждой из них, и — что не менее важно — две задачи, для которых бессальниковый перекачивающий насос является неподходящим инструментом, и работу должно выполнять что-то другое.
Жидкости, которые определяют выбор насоса
Производство аккумуляторов обычно изображают в виде последовательности технологических этапов, но для выбора насоса нагляднее сгруппировать их по жидкостям, которые фактически перемещаются:
● NMP и катодная суспензия. Связующее PVDF растворяют в NMP и смешивают с активным катодным материалом и проводящим углеродом для получения суспензии для нанесения покрытия, которая содержит примерно двадцать процентов NMP по весу. NMP является токсичной и горючей жидкостью с легковоспламеняющимися парами, и он достаточно ценен, чтобы заводы регенерировали и повторно использовали его, а не выбрасывали.
● Электролит. Соль лития — обычно LiPF6 — растворенная в карбонатных растворителях и крайне чувствительная к влаге: следовые количества воды гидролизуют соль и образуют плавиковую кислоту, которая разъедает ячейку и снижает ее емкость и срок службы. Он также легковоспламеняющийся и смешивается и разливается в сухих помещениях, где поддерживается очень низкая точка росы.
● Катодные и анодные суспензии. Помимо содержания в них NMP или воды, сами суспензии густые, чувствительные к сдвигу и абразивные — они несут твердые частицы активного материала и проводящего углерода, которые истирают внутренние детали насоса.
● Охлаждающая жидкость для терморегулирования. Формирование, старение, а также тестирование модулей или блоков заставляют циркулировать контуры охлаждающей жидкости, которые часто проходят в непосредственной близости от рабочих элементов и дорогостоящего испытательного оборудования, где утечка — это одновременно брак и угроза безопасности.
Перекачка и регенерация NMP — герметичные бессальниковые насосы, часто для теплой среды
После нанесения и сушки суспензии испаряющийся NMP улавливается, конденсируется и направляется через контур регенерации на очистку и повторное использование. Этот регенерированный, очищенный NMP — растворитель без твердых частиц — классическая задача для бессальникового насоса. Сам NMP представляет собой жидкий летучий растворитель, поэтому проблема заключается в герметизации, а не в вязкости.
● Почему бессальниковые. NMP токсичен — воздействие на работников ограничено примерно десятью частями на миллион в течение восьмичасового рабочего дня — и его пары горючи, поэтому подтекающее уплотнение вала — это риск как для здоровья, так и для воспламенения, а поскольку растворитель дорогой, каждая потерянная капля — это деньги. Насос с магнитной муфтой вращает рабочее колесо через статический изолирующий стакан без уплотнения вала, поэтому путь для утечки отсутствует вообще.
● Что подходит. Для перекачки и дозирования очищенного NMP в контуре регенерации и повторного дозирования шестеренчатый насос с магнитной муфтой обеспечивает стабильный, герметичный, независимый от давления поток; наши магнитные шестеренчатые насосы MDC выполняют эту задачу в рамках линейки объемных насосов, а там, где NMP поддерживается теплым для сохранения вязкости и стабильности, конструкция с рубашкой или терморегулированием сохраняет его текучесть. Там, где приоритетом является просто нулевая утечка, наши герметичные насосы напрямую решают вопрос удержания рабочей среды.
● Честное замечание. Сама суспензия для нанесения покрытия — NMP плюс твердые частицы — не для этого насоса. Это задача для суспензии, рассмотренная в разделе ограничений ниже.
Работа с электролитом — нулевая влажность, отсутствие утечек
Электролит — самая требовательная жидкость на заводе. LiPF6 реагирует даже со следами воды: соль распадается, и образующийся пентафторид фосфора реагирует с влагой с образованием плавиковой кислоты, которая разрушает катод и токосъемники, а также снижает емкость элемента и срок его службы. Производители поддерживают влажность ниже примерно десяти-пятнадцати частей на миллион, а смешивание и заполнение производят в сухих помещениях с точкой росы около минус сорока градусов Цельсия. Вдобавок ко всему жидкость легко воспламеняется.
● Бессальниковость не является обязательной опцией. Уплотнение вала — это путь утечки наружу и, что здесь не менее важно, путь проникновения влаги внутрь — а для горючей жидкости, образующей HF, ни то, ни другое неприемлемо. Перекачка электролита наливом, из бочки или куба в расходный резервуар и из расходного резервуара на линию розлива, осуществляется бессальниковым химическим насосом с магнитной муфтой; здесь применяется тот же принцип отсутствия утечек, что и в наших герметичных насосах, со смачиваемыми материалами, выбранными для электролита.
● Совместимость материалов. Карбонатные растворители и любой образующийся HF агрессивны по отношению к неподходящим эластомерам и металлам, поэтому рабочее колесо, изолирующий стакан, уплотнительные кольца и подшипники должны быть выбраны для этой конкретной жидкости, а не для химической службы в целом.
● Заливка ячеек — это другая машина. Дозирование электролита в отдельные ячейки под вакуумом, без пенообразования или загрязнения, осуществляется с помощью специального оборудования для заливки с игольчатым или сопловым дозированием, а не с помощью перекачивающего насоса. Насос питает эту машину; он ее не заменяет. Подробнее об этом в ограничениях ниже.
Терморегулирование и циркуляция охлаждающей жидкости
Элементы выделяют тепло и тестируются на его воздействие, поэтому охлаждающая жидкость проходит через стойки для формирования и старения, испытательные стенды для модулей и блоков, а также чиллеры или блоки контроля температуры. Эти контуры располагаются близко к активным элементам и дорогостоящему испытательному оборудованию, поэтому герметичность важна не меньше, чем поток.
● Что подходит. Водно-гликолевые и диэлектрические охлаждающие жидкости хорошо циркулируют с помощью бессальникового вихревого или насоса с магнитной муфтой — высокий напор при умеренном расходе для жесткого контроля температуры, без уплотнения, которое может протечь на поддон ячейки. Наши магнитные вихревые насосы MDW и MDH справляются с этой задачей точной циркуляции — это та же платформа, которую мы поставляем для контуров полупроводниковых чиллеров, — и их бессальниковая конструкция защищает оборудование от охлаждающей жидкости.
● Более холодные и диэлектрические контуры. В диэлектрической иммерсионной охлаждающей жидкости и низкотемпературных контурах используется тот же бессальниковый подход; чем холоднее работает контур, тем больше платформа насоса и материалы должны соответствовать температуре, а также герметичности.
Когда бессальниковый перекачивающий насос — неподходящий инструмент
Две задачи в производстве батарей не подходят для перекачивающего насоса с магнитной муфтой, и о них стоит сказать прямо:
● Катодная и анодная суспензия. Суспензия густая, чувствительная к сдвигу и загружена абразивными частицами активного материала и углерода. Шестеренчатый или вихревой насос с малым зазором быстро изнашивается — при переработке батарей стандартный центробежный насос из нержавеющей стали, перемещающий абразивную катодную суспензию, потерял более половины толщины лопаток рабочего колеса за несколько недель. Перекачка суспензии относится к насосам, созданным для абразивного износа и вязкости: эксцентрико-шнековые (винтовые), перистальтические (шланговые) или поршневые и мембранные конструкции, часто со смачиваемыми частями, устойчивыми к абразивному износу или с футеровкой.
● Заливка электролита на уровне ячейки. Дозирование нескольких граммов электролита в каждую ячейку под вакуумом, без пенообразования или загрязнения, — это работа специальной машины для заливки электролита с игольчатым или сопловым дозированием, а не насоса для массовой перекачки. Перекачивающий насос питает эту машину; он не выполняет заливку.
Правильный выбор в этих двух случаях — не навязывать им насос с магнитной муфтой — является такой же частью хорошего выбора, как и выбор подходящего насоса для NMP и электролита.
Соответствие насоса процессам производства батарей
В качестве отправной точки, технологическая жидкость и ее требования к герметизации и абразивному износу указывают на насос — включая те честные случаи, которые выходят за рамки бессальникового перекачивающего насоса:
| Технологическая жидкость / задача | Свойства жидкости | Ключевое требование | Рекомендуемый насос |
| Регенерация и повторное дозирование NMP (очищенный растворитель) | Текучая, летучая, токсичная, горючая, ценная | Нулевая утечка, герметичность, дозирование | Шестеренчатый насос с магнитной муфтой (MDC) |
| Перекачка теплого / NMP в рубашке | Текучий растворитель обрабатывается в горячем виде | Герметизация + терморегулирование | Насос с магнитной муфтой в рубашке / платформа для горячего масла |
| Массовая перекачка электролита (куб → расходный бак → линия) | Горючий, чувствительный к влаге, образующий HF | Бессальниковый, сухой, совместимые материалы | Магнитный шестеренчатый / бессальниковый химический насос |
| Циркуляция охлаждающей жидкости (формирование, старение, тест) | Водно-гликолевая или диэлектрическая, вблизи ячеек | Нулевая утечка, высокий напор при малом расходе | Магнитный вихревой насос (MDW / MDH) |
| Катодная / анодная суспензия | Густая, чувствительная к сдвигу, абразивная | Работа с абразивным износом и вязкостью | Винтовой (эксцентрико-шнековый) / перистальтический / поршневой (вне бессальникового диапазона) |
| Заливка электролита в ячейку | Точная микродоза, вакуум, без пенообразования | Специализированное дозирование под вакуумом | Машина для заливки электролита (вне диапазона перекачивающих насосов) |
Таблица указывает на первоначальный выбор; окончательный выбор зависит от точной жидкости и ее температуры, от того, должна ли она оставаться герметичной и сухой, переносит ли она абразивные твердые вещества, а также от расхода и давления, необходимых для процесса.
Ключевые критерии выбора
Когда вы выбираете насос для определенного этапа производства батарей, параметры, которые определяют, будет ли он работать безопасно и чисто, следующие:
● Герметизация в первую очередь. Для NMP и электролита бессальниковая конструкция является отправной точкой — уплотнение вала — это путь утечки наружу, а для электролита — путь проникновения влаги.
● Совместимость материалов. NMP вызывает набухание или разрушает некоторые полимеры и эластомеры; HF и карбонатные растворители разрушают другие. Смачиваемые детали выбираются для конкретной жидкости, а не для общего химического применения.
● Работа с влагой и инертными средами. Электролитные насосы «живут» в сухих помещениях; насос и его соединения не должны создавать пути проникновения влаги или тупиковых зон, где она может скапливаться.
● Температура. NMP часто обрабатывается теплым, чтобы оставаться текучим и стабильным, в то время как контуры охлаждения могут работать в холодном режиме; платформа насоса и материалы должны соответствовать температуре так же, как и жидкости.
● Абразивный износ. Все, что содержит частицы активного материала или углерода, исключает бессальниковый насос с малым зазором — это решение для насоса для перекачки суспензии, а не перекачивающего насоса.
● Горючесть и классификация зон. NMP и электролит легко воспламеняются, поэтому двигателям и элементам управления в этих зонах требуется правильная категория опасной зоны.
● Точность дозирования. Там, где NMP или электролит необходимо дозировать, а не просто перемещать, объемный насос с магнитной муфтой обеспечивает повторяемый, независимый от давления поток.
Настройте насос для вашей линии по производству батарей
Сообщите нам о жидкости — регенерированный NMP, электролит, охлаждающая жидкость или технологический растворитель — с указанием ее температуры, должна ли она оставаться герметичной и сухой, а также необходимых вам расходе и давлении. Наша инженерная команда настроит бессальниковый насос с магнитной муфтой или вихревой насос для этой задачи или прямо скажет, если правильным решением будет шламовый насос или машина для заливки. Варианты охватывают наши линейки вихревых, объемных и химических насосов.
Свяжитесь с нашей командой: Связаться с Aulank | WhatsApp: +86 13773157367 | Электронная почта: info@aulankpump.com
По теме: герметичные насосы · высокая вязкость · выбор объемных насосов