鋰錳電池制造過程中的除濕工藝設計

彭 昂，丁建武

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鋰錳電池制造過程中的除濕工藝設計

彭 昂，丁建武

（武漢船用電力推進裝置研究所， 武漢 430064）

基于鋰錳電池制造過程中的除濕工藝需求及合理的除濕系統配置，以實例對電池制作過程中的除濕工藝進行了設計計算，達到生產環境需求，為除濕設備選型提供有力的理論依據。

鋰錳電池 除濕工藝 設計計算

0 引言

鋰錳電池是鋰/二氧化錳電池的簡稱，其正極活性物質是二氧化錳，負極為電池級金屬鋰，是一種典型的有機電解質電池。鋰錳一次電池與其他一次電池相比，具有比能量高、比功率大、工作溫度范圍寬和低溫性能好等優勢。

水分的失控或粗化控制，導致電池中水分的超標，破壞電池性能，極易產生鼓氣、內部微短路、電性能下降、壽命縮短等問題。不僅會導致電解質鋰鹽的分解，而且對正負極材料的成膜和穩定性產生惡劣影響，導致鋰電池的電化學特性產生較為明顯的惡化。因此，生產工序含水量的控制對鋰電池的安全和性能產生至關重要的影響。對于鋰錳電池，由于負極為金屬鋰，活性極高，遇水會發生劇烈反應，電芯組裝制作全工序更應采用深度除濕保證空氣的相對濕度小于1%，露點濕度小于-45℃。在非常干燥的條件下，極大地降低了極片和電解液的吸水幾率。

轉輪除濕機的蜂巢式除濕轉輪采用陶瓷纖維為基材，把吸附劑硅膠均勻長在基材上，使其具有極強的吸濕能力，濕空氣通過蜂巢式除濕轉輪中的吸濕劑后成為超低露點的空氣。

1 工藝要求

根據鋰電池生產工藝，該車間需要嚴格控制空氣濕度的區域為干燥房和手套箱，具體空氣環境參數見表1。根據工藝要求，干燥房和手套箱共用一套超低露點轉輪除濕機組。

表1 鋰電池生產車間工藝要求

2 除濕方案設計

2.1 方案參數設計

2.1.1送風量設計

1）手套箱送風量：對于超低露點干燥環境的手套箱，按照換氣次數60次/h[1,2]計算送風量，可計算手套箱送風量為：

2）干燥房送風量：

干燥房產濕量計算公式為：

1為干燥房要求含濕量，露點濕度為-45℃空氣含濕量為0.0432 g/kg；

2為干燥房送風含濕量，露點濕度為-65℃空氣含濕量為0.003 g/kg；

干燥房產濕量：

式中：1為干燥房員工數量，人；

1為一名員工輕度勞動強度產濕量，取65g/h；

計算得干燥房產濕量為：

=2×65+0.5×25+33×2.2=215.1 g/h （4）

根據公式（2）（4）可計算干燥房送風量為：

= 4460 m3/h （5）

由于該車間工藝要求較高，所以，系統干燥房送風量整體考慮取5000 m3/h。

因此，總送風量為

2.1.2新風量設計

由于手套箱內含有腐蝕性氣體（電解液揮發物），會腐蝕轉輪，因此手套箱采用全排風方式。

因此，新風量為

2.1.3除濕系統運行流程及各狀態點參數

根據上述計算，配置1套組合式超低露點除濕機組，送風量為5800 m3/h，空氣除濕處理系統流程為：室外新風（A）經過初級過濾后進入新風表冷器進行一級冷凍除濕，得到低溫飽和濕空氣（B），經一級轉輪除濕至狀態C，再與干燥房回風（K）混合至狀態D，經二級過濾和前表冷后至狀態E，干燥空氣E的一部分（F）用于轉輪再生，另一部分經二級轉輪除濕區后至狀態G，通過后表冷加熱器加熱后送至干燥房和手套箱進行熱濕交換，干燥房全回風K再與狀態C新風混合循環處理。

以上系統各點空氣狀態參數見表2，處理空氣熱濕過程線見圖1，氣流路徑見圖2。

3 除濕設計能力核算

3.1 干燥房除濕設計能力核算

干燥房產濕量1：

表2 空氣狀態參數

注：轉輪參數采用優利美轉輪除濕公司提供的資料。

圖1 空氣處理熱濕過程線圖

圖2 除濕機組空氣處理流程圖

人員產濕量人：20℃溫度時，人員輕度勞動強度產濕量為（60-80 g/h.人）[2]，人=65 g/h/人×2人=130 g/h。

進出產濕量進：進出次數按照2 h/次，每次帶入濕度20~25 g/h，進=12.5 g/h

房間散濕量房：低濕干燥間濕負荷按2.0~2.5 g/h/m3計算產濕量計算，房=2.2 g/h/m3×33 m3=72.6 g/h

因此，1=人+進+房=130+12.5+72.6=215.1 g/h

干燥間除濕能力2：干燥間除濕能力為干燥間送風和回風濕度差，即

=5000×1.2×（0.0432-0.003）=241 g/h

根據上述計算可知，2>1，說明該設備除濕能力能夠滿足干燥間除濕要求，余量設計風量用于滿足操作工人的新風量（20-50 m3/h.人）和維持房間正壓需求（5-10 Pa），保證干燥系統的濕度梯度。

3.2手套箱除濕設計能力核算

手套箱產濕量3：低濕干燥間濕負荷按2.0~2.5 g/h/m3計算產濕量計算

3=2.2 g/h/m3×14m3=30.8 g/h

手套箱除濕能力4：手套箱除濕能力為手套箱送風和回風濕度差，即

=800×1.2×（0.0432-0.003）=38.6 g/h

根據上述計算可知，4>3，說明該設備除濕能力能夠滿足干燥間除濕要求。

4 實際運行情況

經過以上的工藝設計計算，最終選用一套風量為5800 m3/h的超低露點轉輪除濕機，干燥間送風量5000 m3/h，采用全回風循環，手套箱送風量800 m3/h，采用全排風方式。經過半年的運行，設備整體動態運行滿足工藝需求，設計計算對除濕機組選型具有很強的實際指導意義。

5 結語

轉輪除濕系統在鋰錳電池生產過程的水分控制具有很好的應用效果。通過以上對鋰錳電池生產車間除濕工藝的設計計算分析，我們看到，除濕工藝設計計算對設備選型具有很強的實際指導意義。

隨著近年鋰電池廠房的不斷增多，特別是新能源汽車的強勢興起，各種鋰電池生產車間的要求也越來越多，轉輪除濕應用的范圍也越來越廣泛。對于不同要求、不同領域的除濕系統設計，在除濕系統復雜多變的情況下，我們要認真分析，詳細進行設計計算，提供合理、經濟的除濕系統方案。

[1] 江億等. GB 50019-2003, 采暖通風與空氣調節設計規范[S]. 2003.

[2] 電子工業部第十設計研究院. 空氣調節設計手冊[M]. 第二版. 北京: 中國建筑工業出版社, 1995.

Dehumidification Technology of Lithium Manganese Battery Manufacture

Peng Ang, Ding Jianwu

(Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China )

TM911.14

A

1003-4862（2017）12-0066-03

2017-09-29

彭昂（1985-），男，工程師。研究方向：化學電源設計與研究。E-mail: 343303649@qq.com