DETA蓄电池锂电池工厂蒸汽热能利用
摘要：因动力以及储能锂电池的市场需求持续增长，产量也不断增多，致使锂电池生产能耗受到了关注。本文依据具体项目，阐述了锂电池生产进程里主要的热能消耗部分，以及现阶段经常使用的节能手段 。
关键词：锂电池；涂布烘干；除湿；节能
1、引言
跟着电池行业向前拓展，锂电池产出数量逐年递增，而电池生制造作耗费能量极大。锂电池的生产进程里所需的能源消耗，划分起来既有生产工艺方面的能耗，又有环境营造方面的能耗。在生产进程期间，所耗能量里的43%被用在了空调除湿以及供热上面，38%则被用在了干燥工艺之中。[1]。
跟着锂电池需求持续增大，锂电池生产车间的运行热能消耗已引发行业关注，本文联结某锂电池厂房项目数据，针对生产过程里的主要用能环节予以分析，给锂电池生产厂房设计和节能运行的相关研究提供一定的数据参考。
2、锂电池涂布工艺用热
2.1 涂布工艺介绍
1. 锂离子电池涂布工艺存在于锂电池电极制备进程当中， 2. 它会把湿浆料均匀地涂敷至金属集流体之上， 3. 接着借助干燥的方式去除湿涂层里的溶剂。 4. 其流程通常涵盖放卷、涂布、烘干以及收卷这些环节。
把包含粘结剂、导电剂一类东西的活性材料，均匀地去涂覆粘结到铜箔呀或者铝箔这种基材之上，这就是涂布所想达成的目的，之后靠烘干把浆料里的溶剂除掉，最终得到涂层是均匀状态的极片，也就是极卷，这般的极片厚度通常是在0.1至0.2mm这个范围 。[2]。
烘干加热装置这也属于限制涂布速度以及涂布质量的一个关键要素，当前烘箱经常采用的加热方式包含电加热、蒸汽加热、导热油加热、红外辐射加热等。常用的烘箱干燥方案存在整个烘箱干燥线统一进风和排风，还有单节烘箱单独进风和排风这两种方案。风道管路布置、风刀结构、保温结构等这些因素都会对烘干的效果造成极大的影响。[3]。
2.2 涂布烘干蒸汽耗量
该磷酸铁锂储能电池生产基地位于嘉兴某区域，其生产的规模是3 GWh/a。关于涂布技艺历程，先是把制作好的浆料运用涂布机依照特定极片面密度以及厚度需求，均匀地涂抹于金属集流体之上，其中正极为铝箔，负极为铜箔，且都是双面进行涂布，之后历经60～130℃的烘干处理，此烘干过程采用蒸汽加热方式，目的是去除浆料里的溶剂或者水分，而溶剂/水率大概为90%。
使用蒸汽对涂布机烘箱进行加热，以此降低能量转化所产生的损失，且通过热风循环使用的办法来降低因废热排放造成的能源损失，涂布机烘干一共划分为10段，其烘干温度的范围是60～130℃，箱体运用硅酸铝保温，从而减少热辐射的损耗。
电芯生产涂布烘干相关原始设计数据如下：
表1 涂布工序主要原辅料消耗
|
序号 |
项目 |
单位 |
设计加工量 |
|
1 |
正极材料 |
t/a |
12080 |
|
其中 |
磷酸铁锂正极复合材料 |
t/a |
6700 |
|
N-甲级吡咯烷酮 |
t/a |
5050 |
|
|
2 |
负极材料 |
t/a |
6840 |
|
其中 |
石墨复合材料 |
t/a |
3200 |
|
纯水 |
t/a |
3500 |
表2 本项目主要物料理化性能
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序号 |
材料名称 |
理化性能 |
备注 |
|
|
平均比热容（kJ/kg.℃） |
汽化热（kJ/kg） |
|||
|
1 |
正极材料 |
1.23 |
/ |
不含NMP |
|
2 |
负极材料 |
0.71 |
/ |
不含水 |
|
3 |
NMP |
1.76 |
439 |
/ |
|
4 |
纯水 |
4.20 |
2260 |
/ |
按比热容法做计算，此项目里正负极浆料于涂布机内开展烘干，能把它从初始温度（20℃）加热到烘干温度（130℃）时总的用热量：
Q等于951159000，加上260854000加上3194630000，再加上9527000000，其结果等于13933643。
=13934GJ
经过深入研究发现，当那种涂布干燥设备运用热风双面干燥这种方式的时候，因为存在着经由烘箱外部表面进行热量散失的情况，还有排出的废空气所具有的显热以及各种各样的损失热量，所以呢，被用于加热物料的热效率处于60% ～ 75%这个范围之内 。[4]本项目进行考量，涂布机实际运行时的热效率是70%，这里的热效率包含保温所需热量以及余热回收折入的部分，那么所需产生的热量情况如下：
Q0=Q/η=13934/70%=19906GJ
采用间接加热方式来进行涂布烘干阶段，借助蒸汽潜热达成对其的加热，入场蒸汽是0.8MPa的饱和一种状态，其中汽化潜热r的数值为2046.5kJ/kg 。
本项目涂布烘干蒸汽用量为：
19906000000÷2046.5=9725t/a。
2.3 涂布烘干过程中的节能措施
涂布烘干的工艺，属于锂电池工厂当中，耗能比较大的工艺环节里的其中之一，针对这一环节来开展能量回收，会明显地降低能耗。
涂布采用蒸汽加热，新风、回风经风机加压后送入烘箱，热风经上、下风嘴进入使得能对极片做干燥工作，气-气换热器让排风跟进风换热，排风管排出的废气热量被回收利用，能耗进一步降低了 。
3、空调系统用热
3.1 空调除湿原理介绍
首次放电容量、内阻、循环性能、厚度这些锂离子电池各方面性能，受水分影响较大，水分含量高时，电池放电容量会降低，内阻会变大，循环衰减严重，电池厚度还会增加，所以对锂电池生产工艺过程进行有效的环境控制是非常重要的环节 。
在锂电池生产期间，对于温度以及湿度的要求颇为严格，并且不一样的工序有着不一样的要求，像是合浆涂布工序，其温度、湿度要求乃是（25±3）℃、20%（RH）以下；注液工序的温度、湿度要求是（22±3）℃、0.5%（RH）以下。和普通空调控制区域相较而言，锂电池车间的温度变化相对较小，湿度标准极其严苛。所以，差不多所有的锂电池厂都运用转轮除湿来进行湿度控制，而针对不同温、湿度要求的工序就得考虑采用不同的空调系统来加以控制。
在除湿系统运行时，除湿机启动，电动马达带动吸附式转轮，在固定轴线上，缓缓运行转圈，转轮运动中，吸收前端进入机组空气中的水分，实现空气脱水，一旦转轮扇片水分吸附饱和，通过除湿机组的再生排热段，利用0.4Mpa蒸汽脱水再生，恢复干燥状态，然后再次重复上述运行，最后，经过干燥达到生产要求的空气，经表冷段温度调节后，送入生产车间内 。
[5]。
3.2 空调除湿机的节能措施
那些由转轮除湿机再生排出的废气里含有数量众多的热量，能够借助相变节能器，去对热量予以回收利用，进而为新风开展预热处理，以此降低新风加热所消耗的能量数值？关于其中除湿机的再生加热所选用的蒸汽会生成大量的凝结水，针对这些凝结水进行回收或者依据项目实际的使用需求来实施热能梯级利用，这已成为业界内十分普遍的一种做法。空调系统热回收装置的节能性能以及经济性能还和其他诸多的因素二者之间存在关联，举例而言类似空调系统展开运行的时长，能源以及热回收装置本身的价格，冷、热源设备运行时所具备的效率等等，其影响因素相对比较复杂。
3.3 AHU空调系统用热
在锂电池工厂里的普通空调控制区域内，环境温度一般有着25±5℃的要求标准。相对湿度要少于30%。在于此区域内，空气进行处理的方式主要是借助风机运转。风机转动从而带动室内空气，让其与机组内部盘管内的热水展开热量的交换。并且，还要对空气中的杂质予以过滤。通过控制出风温度以及风量的办法，来维持室内的温、湿度以及空气洁净度这种状态。
3.4 高温静置区用热
锂电池高温老化有着这样的目的，也就是要让电解液充分地浸润，正负极活物质当中的某些活跃成分，借助一定的反应失活，进而促使电池整体性能表现变得更为稳定，该工艺流程对环境有着要求，是全年40至45℃。这部分区域内的空气处理方式是这样的，把0.2MPa的蒸汽通入空调机组内部盘管，使其与空气换热，以此达到工艺要求的室内空气温度。
4、总结及问题
锂电池在生产进程里，对于热能的消耗数量十分巨大，历经这些年不断发展的该行业，于整个生产工艺以及环境控制进程当中，全都采取了节能办法，像是在涂布烘干期间，针对高温废气采用百分之九十循环加热、百分之十经过后处理以及NMP回收之后再排放，在所有蒸汽使用的工序里，把产生的凝结水予以回收利用，把部分热能需求改由导热油来进行供热等 。
但处于现阶段的热回收进程里，仍旧存在着诸多方面的问题。比如说，当凝结水采用梯级加热这种方式的时候，存在着用热需求在季节方面的差异性。并且，能够被利用的热量，在凝结水总的热量里所占的比例是比较低的。另外，在高温凝结水回收的整个过程中，还涉及闪蒸汽的处理问题等。这些情况，都需要在实践的进程当中，逐步地去解决。