長(zhǎng)城L-QB300導(dǎo)熱油在磷酸鐵鋰電池生產(chǎn)線的應(yīng)用

揭斌華 吳曉濤 王鵬 黃夏 王雪梅

1 中國(guó)石化潤(rùn)滑油有限公司茂名分公司

2 茂名市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)所

隨著燃油汽車保有量的不斷攀升，能源、環(huán)境問題日益突出，發(fā)展新能源汽車成為大勢(shì)所趨。在政府的支持和引導(dǎo)下，我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，2018年，我國(guó)新能源汽車產(chǎn)能達(dá)到1.27×106輛，同比增長(zhǎng)59.9%。新能源汽車的快速增長(zhǎng)直接推動(dòng)了我國(guó)動(dòng)力鋰電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，2018全年我國(guó)新能源汽車動(dòng)力電池裝機(jī)總量為56.89 GWh，同比增長(zhǎng)56.88%，占全球動(dòng)力電池配套量的60%以上，預(yù)計(jì)2020年我國(guó)動(dòng)力電池需求量約1 100 GWh，繼續(xù)保持全球領(lǐng)先地位［1］。

同時(shí)，我國(guó)動(dòng)力電池生產(chǎn)企業(yè)面臨技術(shù)革新、成本偏高等諸多問題，其中鋰電池正負(fù)極材料干燥過(guò)程中，熱負(fù)荷大、能耗高，因此，企業(yè)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的節(jié)能減耗、降本增效尤為關(guān)注［2］。本文介紹了某公司年產(chǎn)量9.0 GWh磷酸鐵鋰電池項(xiàng)目配套使用礦物型/合成型長(zhǎng)城L-QB300導(dǎo)熱油的情況，用于指導(dǎo)磷酸鐵鋰電池生產(chǎn)線的導(dǎo)熱油選型、維護(hù)管理，降低生產(chǎn)運(yùn)行成本。

磷酸鐵鋰電池生產(chǎn)工藝及涂布烘干工藝

磷酸鐵鋰電池生產(chǎn)工藝流程

磷酸鐵鋰電池生產(chǎn)工藝流程為：攪拌配料→涂布烘干→輥壓→橫切→模切→包膜→疊片→電芯組裝→烘烤→注液→靜置→封口焊接→化成→檢測(cè)→配組→模塊電池組裝→包裝出廠等。其中涂布烘干是整個(gè)磷酸鐵鋰電池生產(chǎn)中的關(guān)鍵一環(huán)，對(duì)磷酸鐵鋰電池的性能起決定性作用。

磷酸鐵鋰電池的涂布烘干工藝流程

磷酸鐵鋰電池涂布烘干工藝流程為［3］：磷酸鐵鋰電池正負(fù)極基片（鋁箔或銅箔）由放卷裝置放出供入涂布機(jī)，基片的首尾在接片臺(tái)連接成連續(xù)帶后由拉片裝置送入張力調(diào)整裝置和自動(dòng)糾偏裝置，經(jīng)過(guò)調(diào)整片路張力和片路位置后進(jìn)入涂布裝置。涂布裝置將漿料均勻涂覆予基材裹面，并按預(yù)設(shè)的涂布量和空白長(zhǎng)度進(jìn)行分段涂布。涂布后的濕極片在機(jī)尾牽引裝置的拉力作用下，從機(jī)頭進(jìn)入干燥烘箱由熱風(fēng)進(jìn)行干燥，烘箱內(nèi)的熱風(fēng)將熱量傳遞到涂層中，使涂層中溶劑和水揮發(fā)，也使膠層中的分子活化之后發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。干燥后的極片經(jīng)糾偏和自動(dòng)牽引裝置后在機(jī)尾進(jìn)行收卷，供下一步工序進(jìn)行加工。由于極片漿料涂層比較厚，涂布量大，干燥負(fù)荷大，因此，熱風(fēng)的熱量來(lái)源于蒸汽加熱或?qū)嵊图訜幔▓D1）。

導(dǎo)熱油加熱與蒸汽加熱

目前，磷酸鐵鋰電池生產(chǎn)中熱風(fēng)的熱量來(lái)源于蒸汽加熱或?qū)嵊图訜幔鵁o(wú)論采用導(dǎo)熱油加熱系統(tǒng)或蒸氣加熱系統(tǒng)，系統(tǒng)的操作壓力與鍋爐出口溫度密切相關(guān)，導(dǎo)熱油加熱系統(tǒng)與蒸氣加熱系統(tǒng)在不同鍋爐出口溫度下的操作壓力見圖2。

與蒸汽加熱相比，導(dǎo)熱油加熱具有以下優(yōu)勢(shì)：

圖1 磷酸鐵鋰電池涂布烘干工藝流程示意

圖2 導(dǎo)熱油加熱系統(tǒng)與蒸氣加熱系統(tǒng)在不同鍋爐出口溫度下的操作壓力

◇操作壓力低，安全性高。從圖2可看出，在不同的鍋爐出口溫度下，導(dǎo)熱油加熱系統(tǒng)維持在0.4 MPa的常壓液相狀態(tài)，系統(tǒng)和用熱設(shè)備的安全可靠性較高；對(duì)于蒸汽鍋爐系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在鍋爐出口溫度為150 ℃時(shí)，蒸汽壓力與導(dǎo)熱油壓力相差不大，蒸汽壓力隨溫度升高而增大，在250 ℃時(shí)，蒸汽壓力是導(dǎo)熱油壓力的10倍。蒸汽鍋爐系統(tǒng)為4 MPa的中壓系統(tǒng)，設(shè)備均為耐壓設(shè)備。

◇運(yùn)行成本低。導(dǎo)熱油加熱系統(tǒng)流程簡(jiǎn)單，無(wú)水處理設(shè)備及輔助設(shè)備，設(shè)備均為常壓設(shè)備，系統(tǒng)投資成本較低。

◇熱效率高。鍋爐進(jìn)出口溫差為20～30 ℃，且無(wú)跑、冒、滴、漏等熱損失，熱利用率很高。

◇控溫精度高，特別適用于熱敏性物料加熱。

◇系統(tǒng)操作便捷，無(wú)需人員長(zhǎng)期值守。

長(zhǎng)城L-QB300導(dǎo)熱油的性能

理化性能

長(zhǎng)城L-QB300礦物型導(dǎo)熱油和長(zhǎng)城L-QB300合成型導(dǎo)熱油的理化性能典型數(shù)據(jù)見表1。

由表1可知，長(zhǎng)城L-QB300合成型導(dǎo)熱油和L-QB300礦物型導(dǎo)熱油均滿足GB 23971—2009 《有機(jī)熱載體》的質(zhì)量指標(biāo)要求［4］，但2種導(dǎo)熱油各有特點(diǎn)。

表1 2種長(zhǎng)城L-QB300導(dǎo)熱油的理化性能

長(zhǎng)城L-QB300合成型導(dǎo)熱油的特點(diǎn)如下：

◇化學(xué)組成相對(duì)簡(jiǎn)單，不易結(jié)焦，保障高效的熱量傳遞，延長(zhǎng)油品使用壽命；

◇抗高溫氧化性能更優(yōu)，外觀保持能力好，使用中酸值增加緩慢，減少酸性物質(zhì)對(duì)用熱設(shè)備、管道及過(guò)濾器等的影響；

◇運(yùn)動(dòng)黏度、低溫運(yùn)動(dòng)黏度以及傾點(diǎn)低，低溫泵送性和高溫流動(dòng)性優(yōu)異，加快循環(huán)速度，減小運(yùn)行溫差，提高傳熱效率，降低能耗費(fèi)用。

長(zhǎng)城L-QB300礦物型導(dǎo)熱油的特點(diǎn)如下：

◇原料來(lái)源廣泛，成本較低；

◇熱穩(wěn)定性能更優(yōu)，變質(zhì)率較低，減少運(yùn)行過(guò)程中油品補(bǔ)加量；

◇初餾點(diǎn)高，閃點(diǎn)高，蒸汽壓低，揮發(fā)性低，保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，減少油品消耗；

◇環(huán)保型產(chǎn)品，環(huán)境友好，安全可靠，保障了使用者的健康與安全。

餾程分析

根據(jù) SH/T 0558—1993 《石油餾分沸程分布測(cè)定法（氣相色譜法）》，對(duì)2種長(zhǎng)城L-QB300導(dǎo)熱油的餾程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果見表2。

從表2可以看出，長(zhǎng)城L-QB300礦物型導(dǎo)熱油的餾程較寬，95%～5%的餾程溫度為118，而長(zhǎng)城L-QB300合成型導(dǎo)熱油的餾程相對(duì)較窄，95%～5%的餾程溫度為92，說(shuō)明長(zhǎng)城L-QB300合成型導(dǎo)熱油的化學(xué)成分相對(duì)更簡(jiǎn)單，具有更優(yōu)異的抗結(jié)焦性能［5］。

表2 2種長(zhǎng)城L-QB300導(dǎo)熱油的色譜餾程數(shù)據(jù)

在用油跟蹤分析

某公司年產(chǎn)量9.0 GWh磷酸鐵鋰電池項(xiàng)目共有6臺(tái)1. 0×105t/h燃?xì)鈱?dǎo)熱油爐，于2016年6月采用長(zhǎng)城L-QB300合成型導(dǎo)熱油150 t、長(zhǎng)城L-QB300礦物型導(dǎo)熱油150 t作為系統(tǒng)初裝用油。至今使用2年，2種長(zhǎng)城L-QB300導(dǎo)熱油現(xiàn)場(chǎng)均表現(xiàn)優(yōu)異，設(shè)備運(yùn)行良好，滿足各生產(chǎn)線用油要求。同時(shí)分別對(duì)2種長(zhǎng)城L-QB300導(dǎo)熱油的在用油進(jìn)行了跟蹤分析檢測(cè)。

外觀情況

2018年6月，現(xiàn)場(chǎng)采集導(dǎo)熱油爐系統(tǒng)管線內(nèi)的在用導(dǎo)熱油，并與新油外觀進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見圖3。

由圖3可見，2種導(dǎo)熱油分別在磷酸鐵鋰電池生產(chǎn)線上使用2年，長(zhǎng)城L-QB300合成型導(dǎo)熱油外觀由淺黃色變成黃色、透明；而長(zhǎng)城L-QB300礦物型導(dǎo)熱油的外觀依然保持透明，但由淺黃色變成褐色，說(shuō)明長(zhǎng)城L-QB300合成型導(dǎo)熱油抗氧化性能更優(yōu)，外觀保持能力好。

指標(biāo)分析

分別對(duì)2種長(zhǎng)城L-QB300導(dǎo)熱油的在用油主要理化性能指標(biāo)進(jìn)行分析，并與GB 24747—2009《有機(jī)熱載體安全技術(shù)條件》［6］在用導(dǎo)熱油的質(zhì)量指標(biāo)要求進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表3。

從表3可以看出， 長(zhǎng)城L-QB300合成型導(dǎo)熱油、長(zhǎng)城L-QB300礦物型導(dǎo)熱油在用油的運(yùn)動(dòng)黏度、閉口閃點(diǎn)、殘?zhí)?、酸值、水分指?biāo)均與新油接近，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足GB 24747—2009的允許使用質(zhì)量指標(biāo)，且遠(yuǎn)低于停止使用質(zhì)量指標(biāo)，說(shuō)明2種長(zhǎng)城L-QB300導(dǎo)熱油在導(dǎo)熱油鍋爐設(shè)備上運(yùn)行狀況良好，均能滿足磷酸鐵鋰電池生產(chǎn)線用油要求。同時(shí)，長(zhǎng)城L-QB300礦物型導(dǎo)熱油的酸值為0.065 mgKOH/g，而長(zhǎng)城L-QB300合成型導(dǎo)熱油的酸值為0.015 mgKOH/g，說(shuō)明后者的抗高溫氧化性能更優(yōu)，使用過(guò)程中酸值增加緩慢，可減緩酸性物質(zhì)對(duì)用熱設(shè)備、管道及過(guò)濾器等的影響。

圖3 新油與在用油外觀對(duì)比情況

表3 在用導(dǎo)熱油的分析數(shù)據(jù)

圖4 在用導(dǎo)熱油的低沸物、高沸物、變質(zhì)率數(shù)據(jù)對(duì)比

變質(zhì)率的分析

根據(jù) SH/T 0558—1993《石油餾分沸程分布測(cè)定法（氣相色譜法）》，對(duì)2種在用油的餾程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并與新油的餾程對(duì)比，得到在用導(dǎo)熱油的低沸物、高沸物、變質(zhì)率數(shù)據(jù)，結(jié)果見圖4。

從圖4可以看出，長(zhǎng)城L-QB300礦物型導(dǎo)熱油的低沸物、高沸物、變質(zhì)率數(shù)據(jù)分別為1.05%、0.27%、1.34%，其數(shù)值均低于長(zhǎng)城L-QB300合成型導(dǎo)熱油，說(shuō)明長(zhǎng)城L-QB300礦物型導(dǎo)熱油熱穩(wěn)定性能更優(yōu)，在磷酸鐵鋰電池生產(chǎn)線上使用后的變質(zhì)率較低，可減少運(yùn)行過(guò)程中油品補(bǔ)加量。

結(jié)論

2種長(zhǎng)城L-QB300導(dǎo)熱油分別在某公司年產(chǎn)量9.0GWh磷酸鐵鋰電池項(xiàng)目6臺(tái)10萬(wàn)t/h燃?xì)鈱?dǎo)熱油爐上應(yīng)用，應(yīng)用2年的結(jié)果表明，2種導(dǎo)熱油在導(dǎo)熱油鍋爐設(shè)備上運(yùn)行狀況良好，均能滿足磷酸鐵鋰電池生產(chǎn)線用熱要求。同時(shí)，2種導(dǎo)熱油各有特點(diǎn)，長(zhǎng)城L-QB300合成型導(dǎo)熱油抗高溫氧化性能更優(yōu)，外觀保持能力好，使用過(guò)程中酸值增加緩慢，可減緩酸性物質(zhì)對(duì)用熱設(shè)備、管道及過(guò)濾器等的影響；長(zhǎng)城L-QB300礦物型導(dǎo)熱油熱穩(wěn)定性能更優(yōu)，在磷酸鐵鋰電池生產(chǎn)線上使用后的變質(zhì)率較低，可減少運(yùn)行過(guò)程中油品補(bǔ)加量。