В области производства литиевых аккумуляторов, казалось бы, обычный, но важнейший элемент оборудования – перчаточный бокс – становится ключевым инструментом обеспечения производительности аккумуляторов и движущей силой технологических прорывов. Он создаёт сверхчистую среду, изолируя воздух от влаги, кислорода и примесей, обеспечивая надёжные гарантии синтеза электродных материалов, приготовления электролитов, сборки аккумуляторов и тестирования их производительности. В данной статье анализируются технические характеристики и применение перчаточного бокса для литиевых аккумуляторов с трёх точек зрения: определение, основная функция и стратегия выбора.
1. Что такое литий?Перчаточный ящик для аккумуляторной батареи
Перчаточный бокс для литиевых аккумуляторов — это полностью закрытое устройство. Благодаря корпусу из нержавеющей стали или прозрачного акрила, интерфейсу для работы в перчатках и системе газоочистки содержание кислорода внутри поддерживается на уровне менее 1 частей на миллион, а влажность — менее 0,1 частей на миллион. Его основная структура включает:
· Двухслойный герметичный корпус: основной корпус изолирован от переходного отсека, и перед началом работы проводится цикл вакуумной откачки и заполнения инертным газом для снижения риска перекрестного загрязнения на 90%. Например, на этапе заливки электролита в литий-ионные аккумуляторы циклическая очистка переходного отсека может снизить проникновение воды с экологически допустимого значения (около 20 000 частей на миллион) до менее 0,1 частей на миллион.
· Интерфейс для работы в перчатках: оснащен 2–4 нитриловыми или латексными перчатками диаметром 200 мм, подходящими для работы с обычным экспериментальным оборудованием. Операторы выполняют такие тонкие операции, как резка электродов и герметизация, в перчатках, чтобы избежать прямого контакта с вредными веществами.
· Система очистки: молекулярные сита поглощают влагу, катализаторы разлагают кислород, а совместное использование циркуляционного вентилятора обеспечивает динамическую очистку газа. Стандартное оборудование позволяет снизить содержание кислорода в контейнере размером 875×480×500 мм с 21% до менее 1 частей на миллион, а влажность – с уровня окружающей среды до менее 0,1 частей на миллион в течение 2 часов.
2. Основная функция
Защита материала: блокирование цепи химических реакций
Theэлектродные материалыЛитиевые аккумуляторы (например, оксид лития-кобальта, графит) и электролит чрезвычайно чувствительны к влаге и кислороду. Например, отрицательный литий-металлический электрод образует оксид лития уже при контакте с воздухом в течение 10 минут, что приводит к потере активных веществ; LiPF6 в электролите разлагается при контакте с влагой с образованием ВЧ, который вызывает коррозию электродных материалов и повреждает твердоэлектролитную мембрану (СЭИ). В боксе поддерживается содержание кислорода менее 1 частей на миллион и влаги менее 0,1 частей на миллион, что увеличивает срок службы аккумулятора с 800 до 1200 циклов и снижает скорость снижения емкости с 8% в год до 2%.
Точность процесса: повышение стабильности производства
В процессе приготовления электродной пасты перчаточный бокс предотвращает реакцию активных веществ с воздухом, обеспечивая однородность пасты и снижая отклонение толщины электрода с ±5 мкм до ±2 мкм. На этапе сборки аккумуляторных батарей перчаточный бокс обеспечивает интеграцию работы такого оборудования, как ламинирующие машины и инжекционные машины, снижая трудозатраты на ГВт·ч с 15 млн юаней до 8 млн юаней, одновременно увеличивая выход годной продукции с 88% до 94%.
Контроль безопасности: снижение технологических рисков
Лазерная сварка титановых сплавов требует кислородной изоляции для предотвращения окисления и хрупкости сварных швов. Корпус аккумуляторной батареи, сваренный в перчаточном боксе, имеет повышенную прочность на разрыв с 600 до 800 МПа, а прочность конструкции увеличилась на 30%. При стерильной упаковке сердечных стентов перчаточный бокс в сочетании с системой НЕРА-фильтрации (эффективность фильтрации частиц 99,97%) позволил снизить уровень микробного загрязнения с 0,3% до 0,01%, что значительно снижает риск послеоперационной инфекции.
3. Как выбрать перчаточный ящик
Соответствие экологическим требованиям
Газовая атмосфера: Содержание кислорода при производстве литий-ионных аккумуляторов должно быть менее 1 частей на миллион, а содержание влаги — менее 0,1 частей на миллион; для исследования твердотельных аккумуляторов может потребоваться смесь аргона и углекислого газа.
Контроль температуры и влажности: Высокотемпературная обработка электродных материалов требует температуры окружающей среды 300 °C. Перчаточный бокс должен быть оборудован электрическим нагревательным модулем и системой быстрого охлаждения.
Операционная совместимость
Размеры коробки: Маленький (50×80×50 см) подходит для анализа образцов; Средний (80×120×100 см) обеспечивает подготовку и сборку электродов; Большой (120×180×150 см) позволяет объединить фасовочную машину и ламинатор для создания автоматизированной производственной линии.
Материал перчаток: Нитриловые перчатки устойчивы к химической коррозии и подходят для работ с электролитами; латексные перчатки обладают высокой гибкостью и подходят для тонких операций, таких как резка электродов.
Проверка параметров производительности
Эффективность очистки: производительность циркуляционного вентилятора должна быть ≥ 10 м³/ч, а достижение целевого значения должно происходить в течение 2 часов. Были проведены испытания оборудования определенной марки, и было установлено, что корпус размером 875 мм × 480 мм × 500 мм способен обеспечить очистку от заданного значения до заданного значения всего за 1,5 часа.
Эффективность уплотнения: скорость утечки должна быть < 0,05% об./ч, а испытание на снижение давления должно показать снижение ≤ 0,03% в течение 24 часов. Срок службы уплотнения оборудования с вакуумным уплотнительным кольцом составляет до 10 лет и более.
