Na área de fabricação de baterias de lítio, um equipamento aparentemente comum, porém crucial – a caixa de luvas – está se tornando uma ferramenta essencial para garantir o desempenho das baterias e impulsionar avanços tecnológicos. Ela cria um ambiente ultrapuro ao isolar umidade, oxigênio e impurezas do ar, fornecendo garantias confiáveis para a síntese de materiais de eletrodos, a preparação de eletrólitos, a montagem de baterias e os testes de desempenho de baterias de lítio. Este artigo analisará o valor técnico e a lógica de aplicação da caixa de luvas para baterias de lítio sob três aspectos: definição, função principal e estratégia de seleção.
1、O que é uma bateria de lítioPorta-luvas de bateria
Uma caixa de luvas com bateria de lítio é um dispositivo totalmente fechado. Através de um corpo de aço inoxidável ou acrílico transparente, interface de operação da luva e sistema de purificação de gás, o teor de oxigênio no interior é controlado para menos de 1 ppm e a umidade para menos de 0,1 ppm. Sua estrutura central inclui:
· Caixa selada de dupla camada: A caixa principal é isolada do compartimento de transição e, antes da operação, é realizado um ciclo de bombeamento a vácuo e enchimento com gás inerte para reduzir o risco de contaminação cruzada em 90%. Por exemplo, na etapa de injeção de eletrólitos de baterias de íons de lítio, a purificação do ciclo do compartimento de transição pode reduzir a infiltração de água do valor ambiental (cerca de 20.000 ppm) para menos de 0,1 ppm.
· Interface de operação com luvas: Equipado com 2 a 4 luvas de nitrila ou látex, com diâmetro de 200 mm, capazes de acomodar equipamentos experimentais convencionais. Os operadores realizam ações delicadas, como corte e encapsulamento de eletrodos, através de luvas para evitar o contato direto com substâncias nocivas.
· Sistema de purificação: peneiras moleculares absorvem umidade, catalisadores decompõem oxigênio e o uso combinado de um ventilador de circulação proporciona uma purificação dinâmica do gás. Equipamentos padrão podem reduzir o teor de oxigênio em uma caixa de 875 mm × 480 mm × 500 mm de 21% para menos de 1 ppm e a umidade do valor ambiental para menos de 0,1 ppm em 2 horas.
2. Função principal
Proteção do material: Bloqueio da cadeia de reação química
Omateriais de eletrodoAs baterias de lítio (como óxido de lítio-cobalto e grafite) e o eletrólito são extremamente sensíveis à umidade e ao oxigênio. Por exemplo, o eletrodo negativo de metal de lítio formará óxido de lítio ao ser exposto ao ar por apenas 10 minutos, resultando na perda de substâncias ativas; o LiPF6 no eletrólito se decompõe ao entrar em contato com a umidade, produzindo HF, que corrói os materiais do eletrodo e danifica a membrana de interface do eletrólito sólido (SEI). A caixa de luvas mantém um teor de oxigênio inferior a 1 ppm e um teor de umidade inferior a 0,1 ppm, aumentando assim a vida útil da bateria de 800 para 1200 vezes e reduzindo a taxa de degradação da capacidade de 8% ao ano para 2%.
Precisão do processo: melhorando a consistência da produção
No processo de preparação da pasta do eletrodo, a caixa de luvas impede que as substâncias ativas reajam com o ar, garantindo a uniformidade da pasta e reduzindo o desvio da espessura do eletrodo de ±5 μm para ±2 μm. Na etapa de montagem da bateria, a caixa de luvas suporta a operação integrada de equipamentos como máquinas de laminação e máquinas de injeção, reduzindo o custo de mão de obra por GWh de 15 milhões de yuans para 8 milhões de yuans, enquanto aumenta a taxa de rendimento do produto de 88% para 94%.
Controle de Segurança: Reduzindo Riscos de Processo
A soldagem a laser de liga de titânio requer isolamento de oxigênio para evitar a oxidação e a fragilidade da solda. O compartimento da bateria soldado no porta-luvas aumentou a resistência à tração de 600 MPa para 800 MPa, e a resistência estrutural aumentou em 30%. Na embalagem estéril de stents cardíacos, o porta-luvas, em conjunto com o sistema de filtragem HEPA (eficiência de filtragem de partículas de 99,97%), reduziu a taxa de contaminação microbiana de 0,3% para 0,01%, reduzindo significativamente o risco de infecção pós-operatória.
3. Como escolher um porta-luvas
Atendendo aos requisitos ambientais
Atmosfera de gás: O teor de oxigênio na produção de baterias de íons de lítio deve ser inferior a 1 ppm e o teor de umidade deve ser inferior a 0,1 ppm; para pesquisas com baterias de estado sólido, pode ser necessária uma mistura de argônio e dióxido de carbono.
Controle de temperatura e umidade: O tratamento de alta temperatura dos materiais dos eletrodos requer um ambiente de 300 °C. O porta-luvas precisa ser equipado com um módulo de aquecimento elétrico e um sistema de resfriamento rápido.
Compatibilidade operacional
Tamanho da caixa: pequena (50×80×50 cm) é adequada para análise de amostras; média (80×120×100 cm) suporta preparação e montagem de eletrodos; grande (120×180×150 cm) pode integrar uma máquina de enchimento e uma máquina de laminação para obter uma linha de produção automatizada.
Material da luva: As luvas de nitrila são resistentes à corrosão química e são adequadas para operações com eletrólitos; as luvas de látex têm alta flexibilidade e são adequadas para operações delicadas, como corte de eletrodos.
Verificação de parâmetros de desempenho
Capacidade de purificação: A vazão do ventilador de circulação deve ser ≥ 10 m³/h e atingir o ambiente desejado em até 2 horas. Mediu-se o equipamento de uma determinada marca e constatou-se que a caixa de 875 mm × 480 mm × 500 mm consegue purificar do valor ambiental para o valor desejado em apenas 1,5 hora.
Desempenho de vedação: A taxa de vazamento deve ser < 0,05% vol/h e o teste de atenuação de pressão deve apresentar uma redução de ≤ 0,03% em 24 horas. Equipamentos com design de vácuo com anel de vedação têm uma vida útil de vedação de até 10 anos ou mais.
