鋰電池材料氣流輸送

鋰電池材料的氣流輸送系統設計需充分考慮物料特性（如粒度、吸濕性、導電性、易燃易爆性等）及生產工藝要求，以下是針對鋰電池材料（如正極材料、負極材料、電解液添加劑等粉末/顆粒物料）氣流輸送的關鍵技術要點、設備選型及系統設計方案：

### **一、鋰電池材料特性與輸送難點**

1. **典型物料特性**  

  - **正極材料**（三元鋰、磷酸鐵鋰等）：粉末狀（粒徑5-20μm）、易吸濕、部分含導電性成分（需防靜電）、流動性中等。  

  - **負極材料**（石墨、硅基材料等）：顆粒/粉末狀、密度小、易產生粉塵、石墨粉塵具有導電性和易燃易爆性（需防爆）。  

  - **電解液添加劑**：部分為吸濕性粉末，需干燥環境輸送。  

2. **輸送難點**  

  - **靜電風險**：導電粉末易因摩擦產生靜電，可能引發火花或物料團聚。  

  - **吸濕問題**：物料吸濕后影響電化學性能，需干燥氣體保護。  

  - **粉塵爆炸**：石墨等細粉在高濃度氣流中可能達到爆炸極限（需防爆設計）。  

  - **顆粒破損**：高速氣流可能導致顆粒破碎（需控制流速，避免剪切力過大）。  

  - **交叉污染**：不同批次物料需嚴格隔離，系統需易清潔。

### **二、氣流輸送系統類型選擇**

根據物料特性和工藝需求，優先選擇以下輸送方式：  

#### **1. 負壓（真空）輸送系統**  

- **適用場景**：細粉末（如正極材料）、低磨損要求、短距離（≤50m）、小輸送量（≤1t/h）。  

- **優點**：管道內負壓，粉塵泄漏風險低；物料在管道內呈“稀相”流動，磨損小。  

- **缺點**：輸送距離有限，需配置高效過濾器（防止粉塵進入真空泵）。  

#### **2. 正壓（壓力）輸送系統**  

- **適用場景**：顆粒狀物料（如負極石墨顆粒）、長距離（50-300m）、大輸送量（1-10t/h）。  

- **優點**：輸送能力強，可克服高度差；可接入干燥氣體（如氮氣）實現惰性環境輸送。  

- **缺點**：管道連接處需高密封性，防止正壓泄漏；高速氣流可能導致顆粒破碎（需采用“低速密相輸送”技術）。  

#### **3. 混合式輸送系統**  

- **適用場景**：復雜工況（如多起點、多終點輸送），結合負壓吸料和正壓輸送。  

### **三、核心設備選型與配置**

#### **1. 氣源設備**  

- **真空泵（負壓系統）**：  

 - 選型：羅茨真空泵（大流量、中等真空度）或渦旋真空泵（低噪音、適合潔凈環境）。  

 - 關鍵參數：真空度（-20~-60kPa）、流量（根據輸送量計算，需留20%余量）。  

- **壓縮機/鼓風機（正壓系統）**：  

 - 選型：螺桿式壓縮機（高壓輸送）或離心風機（低壓稀相輸送）。  

 - 防爆要求：若輸送易燃易爆物料（如石墨粉塵），需選用防爆型電機（Ex d IIB T3及以上）。  

#### **2. 輸送管道**  

- **材質**：  

 - 普通要求：內壁拋光不銹鋼（304/316L，粗糙度Ra≤0.8μm，減少物料殘留）。  

 - 防靜電/導電要求：管道接地，或采用導電PE材料（適用于非高壓場景）。  

- **管徑設計**：  

 - 流速控制：粉末物料5-15m/s（避免破碎），顆粒物料15-25m/s（防止沉積）。  

 - 管道布局：減少彎頭（曲率半徑≥3D），水平管道坡度≥3°，避免“死角”。  

#### **3. 供料與卸料裝置**  

- **供料端**：  

 - 料斗：配置振動器/破拱器（防止物料架橋），料位計（超聲波/阻旋式）實時監測料位。  

 - 吸料口：帶過濾裝置（預分離大顆粒），負壓系統需配置吸料槍或文丘里吸嘴。  

- **卸料端**：  

 - 旋風分離器（預分離）+ 脈沖布袋除塵器（精度≥0.1μm，濾材選防靜電針刺氈）。  

 - 卸料閥：星型卸料器（鎖氣功能，轉速≤30rpm，避免顆粒磨損）。  

#### **4. 干燥與惰性化系統**  

- **干燥氣體**：輸送吸濕物料時，氣源需接入干燥機（露點≤-40℃），或通入氮氣（純度≥99.9%）。  

- **氧含量監控**：在正壓系統中安裝氧濃度傳感器（控制O?≤5%，防止可燃粉塵爆炸）。  

#### **5. 控制系統**  

- **自動化功能**：  

 - 變頻調速：根據料位自動調節風機轉速，優化能耗。  

 - 故障預警：壓力異常、料堵、過濾器壓差超限報警。  

 - 數據記錄：輸送量、氣體參數（壓力、露點、氧濃度）實時監控與追溯。  

- **防爆設計**：  

 - 配置爆破片/防爆閥（安裝于分離器、除塵器等易積塵部位）。  

 - 靜電接地系統：管道、設備接地電阻≤10Ω，法蘭連接處跨接導電片。  

### **四、系統設計關鍵參數**  

| **參數**          | **正極材料（三元鋰/磷酸鐵鋰）** | **負極材料（石墨顆粒）**       |  

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| 輸送方式          | 負壓稀相/正壓低速密相            | 正壓低速密相（防破碎）          |  

| 氣源露點          | ≤-40℃（干燥空氣/氮氣）           | ≤-40℃（氮氣保護，防氧化）        |  

| 輸送流速          | 8-12m/s（粉末）                  | 10-18m/s（顆粒，粒徑≥50μm）     |  

| 管道材質          | 316L不銹鋼（內壁拋光）           | 304不銹鋼（內壁鍍特氟龍防粘）    |  

| 過濾器精度        | ≥0.5μm（防靜電濾材）             | ≥1μm（防靜電+防爆濾材）          |  

| 氧含量控制        | 非強制（視工藝）                 | ≤5%（需氮氣吹掃）                |  

### **五、**與清潔要求**  

1. ****措施**  

  - 定期清理管道及設備內壁積粉（避免粉塵堆積引發爆炸）。  

  - 設備接地檢測（每周一次），防爆閥/爆破片定期校驗（每年一次）。  

2. **清潔要求**  

  - 快拆式管道接口（316L不銹鋼卡箍連接），方便拆卸清洗。  

  - 系統空載吹掃功能（每次換料后用干燥氮氣吹掃10-15分鐘）。  

### **六、供應商選擇建議**  

1. **資質要求**：具備鋰電池行業案例，提供防爆認證（如ATEX、GB防爆）、FDA/CE認證（潔凈要求）。  

2. **定制化能力**：可根據物料特性設計管道內壁涂層（如特氟龍防粘）、防靜電方案。  

3. **服務支持**：提供氣流模擬仿真（CFD分析）、現場調試及人員培訓。  

### **七、典型系統配置清單**  

| **設備名稱**         | **規格/型號**                | **數量** | **備注**                          |  

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| 羅茨真空泵（負壓）   | 流量500m3/h，真空度-50kPa   | 1臺      | 防爆電機，配隔音罩                |  

| 螺桿式壓縮機（正壓） | 壓力0.6MPa，流量800m3/h     | 1臺      | 帶干燥機（露點≤-40℃）             |  

| 不銹鋼輸送管道       | DN50/DN80，316L，拋光內壁   | 若干米   | 含彎頭（R=3D）、快拆卡箍          |  

| 脈沖布袋除塵器       | 處理風量1000m3/h，精度0.1μm | 1臺      | 防靜電濾材，配差壓傳感器          |  

| 星型卸料器           | 容積5L，轉速20rpm           | 2臺      | 不銹鋼材質，變頻控制              |  

| 氮氣吹掃系統         | 流量20m3/h，純度99.9%       | 1套      | 含壓力調節閥、氧濃度傳感器        |  

| PLC控制系統         | 含人機界面（HMI）           | 1套      | 集成料位、壓力、氧濃度監控模塊    |  

### **八、注意事項**  

1. **物料兼容性測試**：新系統投用前，需進行小批量試輸送，檢測物料粒度變化、含水率、電導率等指標。  

2. **能耗優化**：通過變頻控制風機轉速，結合生產節拍動態調整輸送功率（節能30%以上）。  

3. **環保合規**：除塵器排放粉塵濃度需符合GB 16297-1996《大氣污染物綜合排放標準》（≤120mg/m3）。  

通過以上方案，可實現鋰電池材料的**、高效、潔凈輸送，滿足新能源行業對高一致性、低污染的生產要求。具體設計需結合產線布局、物料特性及工藝參數進一步細化。