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电解液桶,一个值得关注的环节

电解液桶是锂离子电池行业中必不可少的环节,由于电解液的对空气中水分敏感的特性,电解液必须严密保护在惰性气氛中,是故电解液桶应运而生。

电解液桶通常是由不锈钢制成的,由于电解液遇水后的生成物,其腐蚀性超强,因此一般选用耐腐蚀性比较高的品种,常用的品种有SS304,更耐腐蚀的SS316L更好,但由于成本上升太多,国内一般不能采用。在通常情况下,电解液在高纯氮气或氩气的保护之下,其酸度只有不到50PPM,低的时间只有10PPM左右,对桶壁的腐蚀倒也微乎其微,不会造成严重的质量问题。

但厂家在电解液桶的生产中,还是会对桶内壁进行电化学钝化,以增强其耐腐蚀能力。不过这种保护膜的保护能力有限,由于桶在用完之后拿回来回收利用时,通常会拆开对其内壁进行清洗,用草酸或洗涤剂等对桶进行清洗除锈,甚至会进行打磨抛光以保证其光洁,因此这层保护膜往往也容易被破坏,可以想见,它的功效难以完全确保整个生命周期都有效。不过,也可以将桶在一定的时长或清洗次数之后,将其定期送回厂家维护。(不过我从来没有关注过其电钝化层的内容,是不是有可能带入其它的有害的金属离子,这个值得关注或研究下)。


电解液桶壁的厚度,一般在1。5到2。5毫米之间,最典型的值在2。0毫米左右。由于中国钢材市场的不规范,采购到的2毫米钢板,往往实际厚度只有1。9X毫米,多少会薄一点以节省成本。而加工过程中除锈、做成桶以后外表抛光,都会让这个厚度再打点折扣,最终能够保证1。9毫米的,就算是不错了,特别是在桶肩这个部分还要挤压拉伸成弧形,其厚度会更薄一点。


但回过头来说,电解液桶在设计上讲,本身就是按非压力容器的思路来设计的。按中国的法规,内压超过0。1MPa的算是压力容器,要按规定进行申报、定期检验,极为麻烦。因此电解液桶很少是按压力容器来设计制造的。非压力容器在成本上也低得多。通常而言,桶内充填气压一般都规定在0。02~0。08MPa这个范围,以0。04~0。06MPa较多。压力太小厂家在使用时电解液不容易压出或压力不够,压力太高又容易造成电解液出液时泡沫现象,影响注液的准确性。但客户使用时也需要适时补充气体以达到适度的压力以保证电解液正常使用。如果加入的压力过高,可能导致电解液桶无法承受而破裂,轻则泄漏重则爆炸,十分危险。另外一个容易犯的错误是,加入压力时把MPa当成公斤,也很容易导致压力过大而出事,这个在以前的博文中讲过了。


电解液桶内充填的气体,以前最早用的是高纯氩气,因为氩气不会与任何成分反应,十分惰性。后来的厂家常用氮气代替氩气,其成本就低得多了,问题也不大。虽然氮气与锂或碳化锂会反应,但在电解液中溶解有限,不太会带入到电池体系中,其副作用十分有限,因此用氮气就十分普遍了。一般厂家都会选择液氮,其水分含量非常低。


电解液桶一般设计有进出气口,进出液口和一个安全阀口。在减化的版本上安全阀口也常常被省略。进出液口下面会有一根很长的管子,直伸到桶底,以保证电解液能够较完全的放出,这个管口与桶底的距离就有讲究了,太远了残液太多,太近了又容易装配时抵到桶底。另外管口也不应该是平的,否则抵紧桶底的话,容易封住出口,以斜口为宜。进出气口则是为了方便电解液桶充填或释放气体,以维持适当的压力,它是不会进入液面以下的。往往它的下端离安装面只有几个毫米就行了。


在对包装桶内的电解液取样过程中,有时往往发现从进出液口放出的一段电解液颜色比较深,这可能的原因有二。首先是接头开启关闭过程中多多少少会有些空气进入到液相管内,进入与液相管内的电解液接触水气被吸收,其次可能是电解液接触金属的面积比较大,容易被不锈钢中的镍、铬等成分催化而变色。如果碰到这种现象,最简单的办法就是先放掉这些电解液再取样分析。由于这段管子多半也是不锈钢材料制成,其被腐蚀的可能性也比较大,退回电解液桶后,它也需要特别进行清洗,如用长的毛刷进行内壁处理去除锈痕或附着物。当然,如果能够将这段管子替换为特氟隆或PP管材,这些问题或许可能得到缓解。相信特氟隆在电解液中浸泡没有问题,PP管材就不好说了,如果PP管材含有耐老化剂或无机物成分,则存在带入微量其它杂质成分的风险,需要认真考虑并测试,确保没有问题。(否则就违反4M1E变更的要求)


电解液桶用不锈钢制,其成本不菲。一般都是由电解液厂家订制用于盛装电解液,客户使用完电解液后回收利用。电解液桶的固定投资,对电解液厂家来说是不小的一个数目。目前最常用的桶是200L,大约装200KG电解液,1吨电解液需要用到5个桶来包装。每个月销售100吨电解液,如果按1个月周转1次的频率算,需要大约200吨电解液的包装桶(即部分在外,部分在内),即1000个桶。目前一个桶的采购价约2800元,则需要280万来采购这些数量的桶。可能这个占用的资金是很多的。考虑到有些客户1个月还周转不过来,大些规模的厂其电解液销售每个月在300~500吨,其桶的资金占用高达千万也不足为奇。


最近两年来,开始出现一种新的趋势,电解液容器单个容量开始达到1吨左右,这就有点象电解液槽了. 主要原因在于EV行业生产需求的电解液量比较大,每天可以达到数十吨,如果仍旧200KG一桶的设计则需要频繁的切换桶运送桶,工作量较大.用较大的电解液槽不仅节省了运送的强度,也有利于批次的一致性. 这种电解槽一旦大量应用,对电解液厂家也有好处,即便于运输,又可以减少清洗包装桶的工作量(如果指定用于某一配方,甚至可以实现不用洗桶),减少清洗的成本,最终还有利地减少生产和运输成本. 当然,目前这种桶的单价还比较贵,不能普遍推广.


随着汽车动力电池的飞速发展,大型动力电池厂家越来越多,以后电解液的用量越来越大,在吨桶之后,可能更进一步发展为电解液储槽,一次运送数吨到数十吨的产品到客户手中。利用储槽来运输电解液,可以大大减少电解液桶的用量和清洗工作量,气氛保证的条件更好(储槽还可以配备低温保持装置,以减少电解液的酸度劣化),并且可以减少检测的次数,但是对生产、清洗 、储运的条件要求更高了。另外,电池厂的车间规划也要考虑防火的问题,否则一个储槽到位,马上电解液储存场所就变为甲类,是否符合法规要求就变得非常重要的。 当然,电解液的输送与储运系统也要相应的调整或改进,以跟上规模的变化带来的要求。



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