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鋰電池新材料用5t/h高純水設備

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蘇州市創(chuàng)聯(lián)凈化設備有限公司

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產(chǎn)品簡介

鋰電池新材料目前主流材料有三元、磷酸鐵鋰等材料，因生產(chǎn)過濾中保證產(chǎn)品質量的可靠性，需要采用高純水進行配置，高純水設備采用反滲透加EDI處理技術，可以將水中的離子去除率達到99.99百分之以上，金屬離子可以降的非常低

詳細介紹

鋰電池新材料目前主流材料有三元、磷酸鐵鋰等材料，因生產(chǎn)過濾中保證產(chǎn)品質量的可靠性，需要采用高純水進行配置，高純水設備采用反滲透加EDI處理技術，可以將水中的離子去除率達到99.99百分之以上，金屬離子可以降的非常低。

反滲透設備技術

反滲透是一種借助選擇透過（半透過）性膜的功能，以壓力為推動力的膜分離技術膜元件，由反滲透膜導流布和中管等制作而成，將多根RO元件裝入不銹鋼耐壓殼體內，組成RO組件。本工藝脫鹽系統(tǒng)的關鍵，成熟的工藝設計和合理的操作，控制及管理，直接決定著系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定出水。并關系到反滲透膜的使用壽命，經(jīng)反滲透處理后的出水，去除了絕大部分無機鹽和幾乎所有的有機物，微生物（細菌、熱源等）從而確保了本系統(tǒng)產(chǎn)品水的高質量、高品質。

完成預處理后的出水其出水由淤積密度指數(shù)SDI測試儀監(jiān)測，當SDI值<4時，即可進入RO系統(tǒng)，由高壓泵增壓后進入反滲透系統(tǒng)（RO），反滲透出水（脫鹽純水）去中間水箱，另一部分由管道匯集后成濃水（主要含鹽份、機械雜質、膠體、有機物等）隨小部分未透過水排入下水道。反滲透主體設備選用美國海德能公司生產(chǎn)的高脫鹽率低壓BW30-400和BW30-365芳香族聚酰胺膜元件。該膜元件屬節(jié)能型低壓膜，具有結構緊湊，產(chǎn)水量特別大（單支RO膜產(chǎn)水量可達1.3t/h），脫鹽率高（單支膜試驗數(shù)據(jù)>99.5百分之），操作壓力低，耐細菌侵蝕性好，適用PH范圍廣（PH為3~10）的優(yōu)點。

反滲透配套控制系統(tǒng)功能：

設備配制工作儀表及監(jiān)視儀表：顯示系統(tǒng)的運行工況（RO出水電導率、混床出水電阻率、高壓泵的開關、進出水流量、壓力等參數(shù)）；反滲透高壓泵進口設低壓保護器，當高壓泵進水壓力<0.1Mpa時，高壓泵自動停止工作。反滲透高壓泵出口設高壓傳感器，當工作壓力大于某一設定值，高壓泵停止運行，以防損壞后級管道及膜元件。進水、濃水、淡水閥：主要調節(jié)RO進水量、產(chǎn)水量、進水壓力、濃水壓力及回收率。電導儀：電導儀用于監(jiān)測RO進出水電導率的變化情況，溫度表顯示RO膜在不同溫度下產(chǎn)水量的變化。高壓泵：增壓滿足RO膜元件進水壓力要求。止回閥：主要用于停機后，防止RO壓力管中的回壓而損壞高壓泵及泵前低壓管道件。液位自控：主要用于防止停水情況下，高壓泵繼續(xù)運行而使高壓泵損壞，另一作用是如中間水箱高位時，可使RO停止運行，防止中間水箱溢流。清洗系統(tǒng)：反滲透清洗系統(tǒng)由清洗水箱、清洗水泵、清洗過濾器組成，在系統(tǒng)中主要用于反滲裝置膜元件的清洗，當反滲透裝置運行流量、含鹽量或壓力下降10百分之時應配套相應的藥劑進行清洗，反滲透裝置的清洗形式為分段清洗。

EDI電除鹽系統(tǒng)

EDI（Electrodeionization）是應用電再生離子交換樹脂除鹽工藝來取代傳統(tǒng)的混合離子交換除鹽工藝的一種革命性水處理技術。EDI工藝采用一種離子選擇性膜和離子交換樹脂夾在直流電壓下的兩個電J之間，在兩J間的直流電源電場從RO預處理過的水中去除離子。流入EDI模塊的RO水被分成了三股獨立的水流：產(chǎn)水水流、濃水水流和J水水流。EDI工藝從水中去除不想要的離子，依靠在淡水室的樹脂吸附離子，然后將它們遷移到濃水室中。離子交換反應在模塊的淡水室中進行，在那里陰離子交換樹脂釋放出氫氧根離子（OH^-）而從溶解鹽中交換陰離子（如氯化物、Cl^-）。同樣，陽離子交換樹脂釋放出氫離子(H⁺)而從溶解鹽中交換陽離子(Na⁺)。高質量的模塊可以連續(xù)產(chǎn)生高達18MΩ.CM的高純水。通過這種技術，可以用較低的能源成本就能去除溶解鹽，并且不需要化學再生。







EDI的特點

連續(xù)運行，產(chǎn)品水水質穩(wěn)定容易實現(xiàn)全自動控制，操作簡單、方便無須用酸堿再生無須酸堿儲備和酸堿稀釋運送設施使用方便可靠,避免工人接觸酸堿不會因再生而停機節(jié)省了再生用水及再生污水處理設施產(chǎn)水率高(可達95百分之)、占地面積小降低運行及維護成本設備單元模塊化,可靈活的組合各種流量的凈水設施安裝簡單、費用低廉

隨著新能源汽車的發(fā)展，鋰電池越來越多的需求，傳統(tǒng)的鋰電池技術已經(jīng)接近物理J限。我們需要新的材料或者技術去實現(xiàn)鋰電池的突破，以下幾種電池材料被業(yè)內人士一直看好，或將成為打破鋰電池障礙的突破口。

1、硅碳復合負J材料　　數(shù)碼終端產(chǎn)品的大屏幕化、功能多樣化后，對電池的續(xù)航提出了新的要求。當前鋰電材料克容量較低，不能滿足終端對電池日益增長的需求。　　硅碳復合材料作為未來負J材料的一種，其理論克容量約為4200mAh/g以上,比石墨類負J的372mAh/g高出了10倍有余，其產(chǎn)業(yè)化后，將大大提升電池的容量。　　現(xiàn)在硅碳復合材料存在的主要問題有：　　充放電過程中，體積膨脹可達300百分之，這會導致硅材料顆粒粉化，造成材料容量損失。同時吸液能力差。　　循環(huán)壽命差。目前正在通過硅粉納米化，硅碳包覆、摻雜等手段解決以上問題，且部分企業(yè)已經(jīng)取得了一定進展。　　相關研發(fā)企業(yè)：　　目前各大材料廠商紛紛在研發(fā)硅碳復合材料，如BTR、斯諾、星城石墨、湖州創(chuàng)亞、上海杉杉、華為、三星等。國內負J材料企業(yè)研發(fā)硅基材料的情況是：大部分材料商都還處于研發(fā)階段，目前只有上海杉杉已進入中試量產(chǎn)階段。

2、鈦酸鋰　　近年來，國內對鈦酸鋰的研發(fā)熱情較高。　　鈦酸鋰的優(yōu)勢主要有：　　循環(huán)壽命長(可達10000次以上)，屬于零應變材料(體積變化小于1百分之)，不生成傳統(tǒng)意義的SEI膜; 　　放心性高。其插鋰電位高，不生成枝晶，且在充放電時，熱穩(wěn)定性高; 　　可快速充電。　　目前限制鈦酸鋰使用的主要因素是價格太高，高于傳統(tǒng)石墨，另外鈦酸鋰的克容量很低，為170mAh/g左右。只有通過改善生產(chǎn)工藝，降低制作成本后，鈦酸鋰的長循環(huán)壽命、快充等優(yōu)勢才能發(fā)揮作用。結合市場及技術，鈦酸鋰比較適合用于對空間沒有要求的大巴和儲能領域。　　相關研發(fā)企業(yè)：　　珠海銀隆、四川興能、湖州微宏動力有限公司、深圳貝特瑞新能源材料股份有限公司、湖南杉杉新材料有限公司以及安徽和深圳周邊的多家規(guī)模較小的鈦酸鋰生產(chǎn)廠家。

3、石墨烯　　石墨烯自2010年獲得諾獎以來，廣受關注，特別在中國。國內掀起了一股石墨烯研發(fā)熱潮，其具諸多優(yōu)良性能，如透光性好，導電性能優(yōu)異、導熱性較高，機械強度高。　　石墨烯在鋰離子電池中的潛在應用有：　　作負J材料。石墨烯的克容量較高，可逆容量約700mAh/g,高于石墨類負J的容量。另外，石墨烯良好的導熱性能確保其在電池體系中的穩(wěn)定性，且石墨烯片層間距大于石墨，使鋰離子在石墨烯片層間擴散通暢，有利于提高電池功率性能。由于石墨烯的生產(chǎn)工藝不成熟，結構欠穩(wěn)定，導致石墨烯作為負J材料仍存在一定問題，如剛開始放電效率較低，約65百分之;循環(huán)性能較差;價格較高，明顯高于傳統(tǒng)石墨負J。　　作為正負J添加劑，可提高鋰電池的穩(wěn)定性、延長循環(huán)壽命、增加內部導電性能。　　鑒于石墨烯當前的批量生產(chǎn)工藝不成熟、價格高昂、性能不穩(wěn)定，石墨烯將作為正負J添加劑在鋰離子電池中使用。　　相關研發(fā)企業(yè)：　　珈偉股份，東旭光電，青島昊鑫新能源，廈門凱納等

4、碳納米管　　碳納米管是一種石墨化結構的碳材料，自身具有優(yōu)良的導電性能，同時由于其脫嵌鋰時深度小、行程短，作為負J材料在大倍率充放電時J用較小，可提高電池的大倍率充放電性能。　　缺點：　　碳納米管直接作為鋰電池負J材料時，會存在不可逆容量高、電壓滯后及放電平臺不明顯等問題。如Ng等采用簡單的過濾制備了單壁碳納米管，將其直接作為負J材料，其剛開始放電容量為1700mAh/g，可逆容量僅為400mAh/g。碳納米管在負J中的另一個應用是與其他負J材料(石墨類、鈦酸鋰、錫基、硅基等)復合，利用其的中空結構、高導電性及大比表面積等優(yōu)點作為載體改善其他負J材料的電性能。　　相關研發(fā)企業(yè)：　　天奈科技、納米港等

5、富鋰錳基正J材料　　高容量是鋰電池的發(fā)展方向之一，但當前的正J材料中磷酸鐵鋰的能量密度為580Wh/kg,鎳鈷錳酸鋰的能量密度為750Wh/kg，都偏低。富鋰錳基的理論能量密度可達到900Wh/kg，成為研發(fā)熱點。　　富鋰錳基作為正J材料的優(yōu)勢有：　　能量密度高、主要原材料豐富　　由于開發(fā)時間較短，目前富鋰錳基存在一系列問題：　　剛開始放電效率很低、材料在循環(huán)過程析氧，帶來放心隱患、循環(huán)壽命很差、倍率性能偏低。　　目前解決這些問題的手段有包覆、酸處理、摻雜、預循環(huán)、熱處理等。富鋰錳基雖然克容量優(yōu)勢明顯，潛力巨大，但限于技術進展較慢，其大批量上市還需時間。　　相關研發(fā)企業(yè)：　　寧波材料所等

6、動力型鎳鈷錳酸鋰材料　　一直以來，動力電池的路線存在很大爭議，因此磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元材料等路線都有被采用。國內動力電池路線以磷酸鐵鋰為主，但隨著特斯拉火爆，其使用的三元材料路線引起了一股熱潮。　　磷酸鐵鋰雖然穩(wěn)定性高，但其能量密度偏低軟肋無法克服，而新能源汽車要求更長的續(xù)航里程，因此長期來看，克容量更高的材料將取代磷酸鐵鋰成為下一代主流技術路線。　　鎳鈷錳酸鋰三元材料有可能成為國內下一代動力電池主流材料。國內陸續(xù)推出三元路線的電動車，如北汽E150EV、江淮IEV4、奇瑞EQ、蔚藍等，單位重量密度較磷酸鐵鋰電池有很大提升。　　相關研發(fā)企業(yè)：　　湖南杉杉、當升科技、廈門鎢業(yè)、科恒股份等

7、涂覆隔膜　　隔膜對鋰電池的穩(wěn)定性至關重要，這要求隔膜具有良好的電化學和熱穩(wěn)定性，以及反復充放電過程中對電解液保持高度浸潤性。　　涂覆隔膜是指在基膜上涂布PVDF等膠黏劑或陶瓷氧化鋁。涂覆隔膜的作用是：　　A、提高隔膜耐熱收縮性，防止隔膜收縮造成大面積短路; 　　B、涂覆材料熱傳導率低，防止電池中的某些熱失控點擴大形成整體熱失控。　　相關研發(fā)企業(yè)：　　星源材質、上海恩捷、中材科技、義騰隔膜、天津東皋、璞泰來等

8、陶瓷氧化鋁　　在涂覆隔膜中，陶瓷涂覆隔膜主要針對動力電池體系，因此其市場成長空間較涂膠隔膜更大，其核心材料陶瓷氧化鋁的市場需求將隨著三元動力電池的興起而大幅提升。　　用于涂覆隔膜的陶瓷氧化鋁的純度、粒徑、形貌都有很高要求，日本、韓國的產(chǎn)品較成熟，但價格比國產(chǎn)的貴一倍以上。國內目前也有多家企業(yè)在研發(fā)陶瓷氧化鋁，希望減少進口依賴。　　相關研發(fā)企業(yè)：　　國瓷材料等

9、高電壓電解液　　提高電池能量密度乃鋰電池的趨勢之一，目前提高能量密度方法主要有兩種：　　一種是提高傳統(tǒng)正J材料的充電截止電壓，如將鈷酸鋰的充電電壓提升至4.35V、4.4V。但靠提升充電截止電壓的方法是有限的，進一步提升電壓會導致鈷酸鋰結構坍塌，性質不穩(wěn)定; 　　另一種則是開發(fā)充放電平臺更高的新型正J材料，如富鋰錳基、鎳鈷酸鋰等。　　正J材料的電壓提升后，需要與之配套的高電壓電解液，添加劑對電解液的高電壓性能起到關鍵性作用，其成為近年來的研發(fā)中心。　　相關研發(fā)企業(yè)：　　新宙邦、天賜材料等

10、水性粘結劑　　目前正J材料主要使用PVDF做粘結劑，用有機溶劑進行溶解。負J的粘結劑體系中有SBR、CMC、含氟烯烴聚合物等，也會用到有機溶劑。在電J片制作過程中，需要將有機溶劑烘干揮發(fā)，這既污染環(huán)境，又危害員工健康。干燥蒸發(fā)的溶劑需用特殊的冷凍設備收集并加以處理，且含氟聚合物及其溶劑價格昂貴，增加了鋰電池的生產(chǎn)成本。　　另外，SBR/CMC粘結劑在加工過程中易粘輥，且難以用于正J片制備，使用范圍受到限制。　　出于環(huán)保、降低成本、增加J片性能等需求考量，水性粘結劑的開發(fā)勢在必行。