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锂电池洁净厂房设计与装修在工艺方面的八大技术要点

发布时间:2022-02-21
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       锂电池,是由锂合金或锂金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池,目前我们使用的手机、电动车等采用的都是锂电池,随着国家新能源电动汽车行业兴起的同时也带起了动力电池生产行业的发展,同样的对于锂电池洁净厂房建设于要求和需求也不断提高,那么怎样的才能建设合格的锂电池洁净厂房呢?合景净化工程公司就新能源锂电池行业洁净室设计建设经验分享如下。

锂电池洁净车间 合景净化工程公司

一、技术要求

一、结构

       1.厂房分租赁厂房和自建厂房,众所周知锂电池洁净厂房的整体建筑面积较大,相对来说很难找到合适的厂房租赁,所以大多数企业选择自建厂房。

       2.自建厂房又分钢结构和混凝土框架结构,两者各有优劣。钢结构厂房施工周期短,投资预算低,使用周期短,适合需要迅速发展的中小型企业;混凝土框架结构土建施工周期长,投资预算高,使用周期长,适合做长远发展的大中型企业。

       以上不管哪种结构的厂房,都不适合建多层厂房,并且都需要充分考虑地基承重、楼面沉重、厂房消防等级、设备房大小等。设备房及辅助用房建议统一设置在某一侧或某个集中区域。

二、消防

       由于锂材料的特殊化学性,不仅需要满足消防验收要求,在节约投资的情况下还要充分考虑到危险的防范。一般厂房为丙类厂房,消防涵盖报警、排烟、喷淋、应急照明等。电解液存放区、注液区、高温房等危险性较高区域,需单独隔离防火分区,各类设备考虑防爆及耐腐蚀要求等。

三、内装

       1.由于存在高温和低湿度环境的特殊性,天花板、隔墙、门窗的选择都需要注意。低湿度区域围护采用隔墙岩棉板,天花玻镁岩棉板,门体采用成型密闭门,玻璃采用双层真空玻璃窗。高温房一般为单独隔离分区,围护采用岩棉板材质,门体采用防火门。

       2.地面普通环氧树脂地面即可,涂布烤箱段无净化等级要求,普通固化地面即可,搅拌和辊压区域有较多重型设备,可以考虑不锈钢花纹板地面。

       3.隔墙布局需综合人流物流通道、消防逃生、生产设备的摆放等多方面因素。建设单位需在确定产品、生产设备后再结合考虑整体布局,有出入再做调整。因为生产设备由于生产材料的不同及设备自动化程度或厂家的不同,尺寸规格有较大出入。

四、工艺管道

       1.锂电池生产过程需要压缩空气、冷却水、真空、氮气、给排水、排气等。根据设备需求,统计整体用量,确定设备型号及安装位置,根据生产设备布局及需求量布置管道走向。

       2.需要注意的气管部分是由于厂区面积大,管路损耗大,需要考虑在远端增加储气罐及环管。真空设备及管路部分需要区分电解液区域及普通区域。

五、空调

       1.锂电洁净厂房与其它行业的最大不同是对湿度控制要求较高,除湿机组是保障环境露点的核心设备。除湿机组的选择,车间围护的密闭性,风管的密闭性,人员数量,车间的管控都需综合考虑。

       2.空调部分的控制建议采用PLC控制,为便于操作使用整合安装于各空调控制柜上。有投资预算的企业还可以采用中央控制,集中监视。

       3.除湿机组尽量选择市场知名度较高的品牌,车间隔墙天花严格施工工艺,门窗采用定制成型密闭型,风管采用角铁法兰,注液等低湿度区域采用不锈钢风管。

       4.锂电洁净厂房一般厂区面积大,制冷总负荷大,需综合计算全区域的总冷负荷,确定制冷主机冷量及安装位置,考虑节能的需求,制冷主机尽量集中在冷冻站,并充分考虑后期扩建连通预留管路阀门,再通过冷冻水管分区输送冷源。北方省份还需考虑冬季防冻措施。

六、电气

       1.锂电洁净厂房生产设备及空调等辅助设备较多,用电功率大。电房布置及变压器大小选择需考虑整体用电负荷。

       2.供电分区、桥架走向、分级控制等为便于后期维护使用及用电安全需综合考虑。

       3.电柜断路器及电缆建议使用市场知名度较高的品牌,电线电缆均采用阻燃型,穿线管采用镀锌线管。照明部分建议采用LED光源,车间部分照度控制在250Lux至300Lux左右照度,仓库及设备房100Lux左右照度,应急照明按消防规范及房间布局安装,并考虑其它检修照明及检修插座等。

       锂电池生产环境要求的严苛,设计装修时需充分考虑设计的合理和完整性、节能、施工工艺的严格管控、生产工艺及投资预算,兼顾平衡,确保锂电洁净厂房的顺利建设投产。

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二、锂电池车间洁净度控制/湿度控制

       对锂电池材料影响最大的,是空气中的水分、浮尘颗粒,其中影响和危害最大的是水分。在锂电池的制造过程中,原材料一旦被空气中的水分进入,就会影响锂电池的安全,严重的一般会引起锂电池鼓包甚至爆炸;而大气环境中的浮土、尘埃则会引起锂电池的短路。所以锂电池生产都会在无尘车间内进行。

       锂电池无尘车间从技术工艺层面来说,最重要的是环境控制,这其中最重要的则是“相对湿度”和“洁净度控制”。

       锂电池无尘车间一般为丙类厂房。根据生产工艺的不同,设计师会设置不同的功能区,并与之匹配不同的洁净度空间。当然,分区还要充分考虑锂电池生产的易爆特性,考虑到将来的消防验收。千级、万级、十万级区间如何排布来满足功能需求且节约能源,都是一门深刻的学问。

注意:两个相连车间的洁净度等级不要超过两个数量级

       同样是无尘车间,锂电池无尘车间的洁净室与其他行业的洁净室最大的不同点就是对生产环境中湿度控制要求较高(温度要求低露点),因此在调选型配置时,不仅考虑送、回风系统配置初、中、高效过滤器,使室内环境空气不断循环过滤,来保证空气悬浮粒子受控到一定浓度以外,空调机组还要带有除湿段,除湿空调机组是降低环境露点的关键设备。目前在锂电池的生产制造过程中,锂电池生产厂间的洁净室内部空气所要求-35℃至-40℃范围内的露点温度是较难控制稳定住的。况且要生产就肯定会有生产人员,而且电池行业产线又较长会导致大量的工作人员一直在电池生产线上体力操作,这时候生产人员也肯定散发出比平时更多湿气,该部分湿气多多少少肯定会从洁净服中漏出,因此该部分湿气则必须要及时吹扫干净,所以就会对除湿机组性能要求更高:一般电池行业肯定都选择稳定性好(能够连续运转)和除湿量大的机组,最好能产生在-50℃~?-60℃露点(精确控制)范围的气体对洁净室内进行连续吹扫让湿度、温度和洁净度都能符合生产要求。

       按原材料和生产的安全性、经济性等考虑:锂电池生产车间的湿度控制梯段合景净化工程公司一般建议为:相对湿度≦30%车间(如搅拌、涂布机头、机尾等);相对湿度≦20%车间(如辊压、制片、烘烤等);相对湿度≦10%车间(如叠片、卷绕、装配等),露点温度≦-45℃车间(如电芯烘烤、注液、封口等)。具体湿度控制会有少许差异,应根据各电池企业实际情况来进行操作。

       要维持锂电池无尘车间的标准生产环境,还有其他内部技术系统需要酌情落实,在这方面合景净化工程公司工程设计师会结合多年来在新能源电池厂房洁净车间设计建设经验提前做好各种预设,降低业主方风向,达到标准的情况下还要尽可能环保、节能。

三、装饰装修系统

       地面:洁净区和非洁净区3mm环氧树脂自流平地面、正负极搅拌车间、正负极承重房可采用3mm不锈钢地面。墙面采用手工岩棉彩钢板(A级防火材料、彩钢板厚度0.476mm*50mm),吊顶彩钢板采用手工玻镁中空彩钢板(A级防火材料、彩钢板厚度0.476mm*50mm,承重100Kg/平方),门体采用成型钢制净化门,玻璃窗采用钢化玻璃。

四、电气照明系统

       净化车间照明采用LED灯,照度要求250-300Lx,配置相关停电应急照明灯盘。电线及线管均采用防火阻燃材料。

五、工艺管道系统

       真空管道及纯水管道可采用U-PVC管道,氮气管道采用铝合金管道,空压管道采用镀锌钢管及不锈钢管。

六、空调通风系统

       制冷主机、除湿机组可以由甲方提供,通用空调末端设备采用空调箱及风机盘管。风管可采用角铁法兰,保温采用B1级防火阻燃保温棉。

七、压力差控制

       为防止外部污染源进入锂电池车间?必须把车间内的空气压力控制在合理范围才行。一般将相连车间的压差控制在0.03 - 0.05为宜。

       目前,我国锂电池行业的制造成本整体处于高耗能状态。在这个特殊的行业中,前期建设环境控制相当重要。除湿+净化是提高锂电池生产质量的根本所在。

八、锂电池的生产车间建筑结构怎么做

       我们生活中使用的笔记本电脑和手机使用的都是锂离子电池,也可称之为锂电池。锂电池的生产车间应该怎样建造呢?锂电池生产车间的建筑结构怎么做?合景净化工程公司在设计时均严格以如下标准规范进行。

1.锂电池生产车间的结构与材料规定

       ① 锂电池生产厂房抗震设防分类应符合现行国家标准《建筑工程抗震设防分类标准》GB/T 20223的有关规定,抗震设防类别不应低于标准设防类;结构的抗震措施及抗震构造措施应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB/T 50011的有关规定。

       ② 锂电池生产厂房建筑结构安全等级应符合现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB/T 50153的有关规定,且安全等级不应低于二级,结构设计使用年限不应低于50年。

       ③ 锂电池生产厂房结构构件的耐久性应符合现行国家标准《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T /T50476的有关规定。

       ④ 锂电池厂房结构的荷载作用效应及作用组合应根据现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB/T 50153、《建筑结构荷载规范》GB/T 50009、《钢结构设计规范》GB/T 50017、《混凝土结构设计规范》GB/T 50666、《建筑抗震设计规范》GB/T 50011等确定。

       ⑤ 混凝土、钢筋的力学性能指标等要求应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB/T 50010的有关规定; 钢材的力学性能指标等要求应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB/T 50017的有关规定;钢筋焊接网应符合现行国家标准《钢筋焊接网混凝土结构技术规程》JGJ114的有关规定。

2.锂电池的厂房结构设计要点

       ① 锂电池生产厂房的结构型式宜选用门式轻钢结构厂房、多层钢结构或混凝土框架结构。

       ② 锂电池生产厂房屋盖系统根据其结构型式、开间跨度大小可采用下列结构形式:有保温层的压型钢板轻型屋面;钢梁、钢屋架加钢楼承板现浇钢筋混凝土屋面;钢梁、钢屋架加钢筋桁架模板现浇钢筋混凝土屋面;现浇钢筋混凝土屋面。

       ③ 锂电池生产厂房楼地面使用荷载标准值应根据设备的布置、重量、基座平台的做法、搬运动线等确定。

       ④ 锂电池生产厂房楼屋面的吊挂荷载标准值应根据吊挂层的做法、管道布置等因素确定。

       ⑤ 锂电池生产厂房整体抗震计算时,建筑重力荷载代表值中可变荷载取值宜按楼层设备实际荷载情况确定。

       ⑥ 立体库地面使用荷载按实际情况确定,不均匀沉降差宜控制在1/500以内。结构地面完成面平整度应满足2m内不大于5mm,最终地面平整度应满足2m内不大于2mm,50m内不大于25mm的要求。