Nel campo della produzione di batterie al litio, un'apparecchiatura apparentemente ordinaria ma cruciale - la glove box - sta diventando uno strumento fondamentale per garantire le prestazioni della batteria e promuovere innovazioni tecnologiche. Crea un ambiente ultrapuro isolando umidità, ossigeno e impurità dall'aria, fornendo garanzie affidabili per la sintesi dei materiali degli elettrodi, la preparazione degli elettroliti, l'assemblaggio delle batterie e i test delle prestazioni delle batterie al litio. Questo articolo analizzerà il valore tecnico e la logica applicativa della glove box per batterie al litio da tre punti di vista: definizione, funzione principale e strategia di selezione.
1. Cos'è il litio?Vano portaoggetti della batteria
Una glove box per batterie al litio è un dispositivo completamente chiuso. Grazie al corpo in acciaio inossidabile o acrilico trasparente, all'interfaccia operativa a guanto e al sistema di purificazione del gas, il contenuto di ossigeno all'interno è mantenuto a meno di 1 ppm e l'umidità a meno di 0,1 ppm. La sua struttura principale comprende:
· Corpo scatola sigillato a doppio strato: il corpo scatola principale è isolato dal compartimento di transizione e, prima dell'operazione, viene eseguito un ciclo di pompaggio del vuoto e riempimento con gas inerte per ridurre il rischio di contaminazione incrociata del 90%. Ad esempio, nella fase di iniezione dell'elettrolita delle batterie agli ioni di litio, la purificazione del ciclo del compartimento di transizione può ridurre l'infiltrazione d'acqua dal valore ambientale (circa 20.000 ppm) a meno di 0,1 ppm.
· Interfaccia operativa con guanti: dotata di 2-4 guanti in nitrile o lattice, con un diametro di 200 mm, in grado di ospitare le apparecchiature sperimentali convenzionali. Gli operatori eseguono operazioni di precisione come il taglio e l'incapsulamento degli elettrodi utilizzando i guanti per evitare il contatto diretto con sostanze nocive.
· Sistema di purificazione: i setacci molecolari assorbono l'umidità, i catalizzatori decompongono l'ossigeno e l'uso combinato di una ventola di circolazione consente la purificazione dinamica del gas. L'attrezzatura standard può ridurre il contenuto di ossigeno in una scatola di 875 mm × 480 mm × 500 mm dal 21% a meno di 1 ppm e l'umidità dal valore ambientale a meno di 0,1 ppm entro 2 ore.
2、Funzione principale
Protezione del materiale: blocco della catena di reazione chimica
ILmateriali degli elettrodiLe batterie al litio (come l'ossido di litio-cobalto e la grafite) e l'elettrolita sono estremamente sensibili all'umidità e all'ossigeno. Ad esempio, l'elettrodo negativo al litio metallico forma ossido di litio se esposto all'aria per soli 10 minuti, con conseguente perdita di principi attivi; il LiPF6 presente nell'elettrolita si decompone a contatto con l'umidità producendo HF, che corrode i materiali degli elettrodi e danneggia la membrana di interfaccia dell'elettrolita solido (SEI). La glove box mantiene un contenuto di ossigeno inferiore a 1 ppm e un contenuto di umidità inferiore a 0,1 ppm, aumentando così la durata della batteria da 800 a 1200 cicli e riducendo il tasso di degradazione della capacità dall'8% all'anno al 2%.
Precisione del processo: miglioramento della coerenza della produzione
Nel processo di preparazione della pasta elettrodica, la glove box impedisce ai principi attivi di reagire con l'aria, garantendo l'uniformità della pasta e riducendo la deviazione dello spessore dell'elettrodo da ±5 μm a ±2 μm. Nella fase di assemblaggio della batteria, la glove box supporta il funzionamento integrato di apparecchiature come macchine di laminazione e macchine a iniezione, riducendo il costo del lavoro per GWh da 15 milioni di yuan a 8 milioni di yuan, aumentando al contempo il tasso di resa del prodotto dall'88% al 94%.
Controllo di sicurezza: riduzione dei rischi di processo
La saldatura laser delle leghe di titanio richiede l'isolamento dell'ossigeno per prevenire l'ossidazione e la fragilità della saldatura. L'alloggiamento della batteria saldato nella glove box ha una maggiore resistenza alla trazione da 600 MPa a 800 MPa e la resistenza strutturale è aumentata del 30%. Nel confezionamento sterile degli stent cardiaci, la glove box, in combinazione con il sistema di filtrazione HEPA (efficienza di filtrazione delle particelle del 99,97%), ha ridotto il tasso di contaminazione microbica dallo 0,3% allo 0,01%, riducendo significativamente il rischio di infezioni postoperatorie.
3. Come scegliere un vano portaoggetti
Soddisfare i requisiti ambientali
Atmosfera gassosa: il contenuto di ossigeno nella produzione di batterie agli ioni di litio dovrebbe essere inferiore a 1 ppm e il contenuto di umidità dovrebbe essere inferiore a 0,1 ppm; per la ricerca sulle batterie allo stato solido, potrebbe essere necessaria una miscela di argon e anidride carbonica.
Controllo della temperatura e dell'umidità: il trattamento ad alta temperatura dei materiali degli elettrodi richiede un ambiente a 300 °C. La glove box deve essere dotata di un modulo di riscaldamento elettrico e di un sistema di raffreddamento rapido.
Compatibilità operativa
Dimensioni della scatola: la piccola (50×80×50 cm) è adatta per l'analisi dei campioni; la media (80×120×100 cm) supporta la preparazione e l'assemblaggio degli elettrodi; la grande (120×180×150 cm) può integrare una macchina di riempimento e una macchina di laminazione per ottenere una linea di produzione automatizzata.
Materiale dei guanti: i guanti in nitrile sono resistenti alla corrosione chimica e sono adatti per operazioni con elettroliti; i guanti in lattice hanno un'elevata flessibilità e sono adatti per operazioni di precisione come il taglio degli elettrodi.
Verifica dei parametri di prestazione
Capacità di purificazione: la portata del ventilatore di circolazione deve essere ≥ 10 m³/h e raggiungere l'ambiente target entro 2 ore. È stata misurata un'apparecchiatura di una determinata marca e si è scoperto che la scatola da 875 mm × 480 mm × 500 mm può purificare dal valore ambientale al valore target in sole 1,5 ore.
Prestazioni di tenuta: il tasso di perdita deve essere < 0,05% vol/h e il test di attenuazione della pressione deve mostrare una diminuzione ≤ 0,03% entro 24 ore. Le apparecchiature con design del vuoto con O-ring hanno una durata di tenuta fino a 10 anni o più.
