锂电行业粉尘治理解决方案

锂电池的生产工艺流程较长，生产过程涉及50多道工序，其中搅拌匀浆，涂布，辊压，分切模切，叠片或卷绕，装配、注液、封口焊接，包装等，在搅拌匀浆、分切模切、卷绕或叠片以及封口焊接环节等多个工序的生产过程都伴有粉尘污染物的产生。扬起的粉尘、烟尘不但污染工作环境，还会影响电池安全性和稳定性，同时也会增加火灾、粉尘爆炸的风险。

混料包装扬尘处理

混料作为锂电池材料准备的第一步，也是极其关键的一步。其主要流程有配料、搅拌、卸料、包装，这工艺都有细微粉末扬起，若不及时处理，不仅污染车间环境，而且存在爆炸隐患，且对现场生产人员产生危害。针对此类飘扬性易燃易爆粉尘，需在产尘点处配备吸尘罩，且选用大风量的防爆型工业集尘器，能确保粉尘被有效、安全的收集。

极耳超声波焊接烟尘处理

超声波是高频振动波传递到极耳表面，在加压的情况下，使多个极耳相互摩擦而形成分子层之间的熔合。在焊接过程中会产生细微颗粒粉尘（铜、铝粉），若不及时处理会影响产品质量（电池短路等）及污染车间环境。针对粉尘的性质选用朴华科技隔爆型工业集尘器，配有防静电覆膜滤筒，有效除静电；配有脉冲反吹清灰装置，有效防止滤筒堵塞；配有泄爆膜片，操作更安全。

极片辊压

涂布后的极片需要进一步的压实，以提高电池的能量密度，在使用辊压机进行压实的过程中，极片材料的表面粘附有很多细小的粉末，严重影响辊压质量。为有效处理粘附在极片上的粉尘，需分别针对极片材料的上下两个面分别配置多点回收的收集系统，最后汇总成2个总的吸尘口（约φ100mm左右），然后配套集尘器，因其机器本身尺寸非常小，可直接就近放在吸尘口附近，以减少管路的布置。

分切粉尘处理

经模切机切除废边的整卷极片材料，需要分切成定宽的尺寸。在使用分条机进行分切的过程中，会附带产生很多多余的粉末，这些粉末会遗留在分条机上，影响设备的使用寿命。带有手动专利旋转振尘的系列集尘器，可很好的收集分条过程中产生的粉尘。若收集的粉尘过多，可转动旋转手柄以清理滤芯，防止因粉尘的堆积而造成除尘设备的堵塞。

激光模切机粉尘处理

激光极耳成型机在加工过程中，其边角会出现不能使用的废料，需要采用收料机进行粉碎压缩回收处理，且会产生易堵塞过滤器的粉尘，影响极片产品质量。专门针对激光模切机产生碎料的特性——细条状，需要配套收料机回收处理，而针对激光产生的粉尘，需配套中压除尘主机，防止粉尘污染极片质量。

卷绕机粉尘处理

卷绕过程中，会产生一定量的烟尘以及切削碎屑微粒，不仅污染车间工作环境，而且还会对产品质量造成一定影响。考虑卷绕机产生的粉尘粒径小及烟尘量不大，且机器配套的除尘管径较小，需要配套高负压工业吸尘器，以确保吸力将碎屑及烟尘能立即吸走，提高产品质量。

叠片机粉尘处理

叠片机在进行对电池芯的叠片时；会产生比较多的细微粉尘在电池芯的表面；影响电池芯的质量以及电池的性能。配套小吸罩，并采用高负压板框式工业吸尘器；有效清除进行电池芯表面的粉尘；提高电池的性能。

铝壳焊接粉尘处理

高能量的激光脉冲对铝壳顶盖、密封钉、卸爆膜片进行激光焊接的过程中会产生火花、焊接粉尘以及少量的焊接烟尘，为保证产品质量需对粉尘及时清理。针对粉尘的性质选用防爆型工业集尘器，配有防静电东丽覆膜滤筒，有效除静电；配有脉冲反吹清灰装置，有效防止滤筒堵塞；配有泄爆膜片，操作更安全。

模组激光焊接粉尘处理

在锂电池模组进行焊接时，需使用高能量的激光脉冲对电池的连接片激光焊接，在焊接过程中会产生火花及焊接烟尘，若不及时处理会影响产品质量及污染车间环境。针对粉尘的性质选用隔爆型工业集尘器；配有防静电东丽覆膜滤筒，有效除静电；配有脉冲反吹清灰装置，有效防止滤筒堵塞；配有泄爆膜片，操作更安全。

详述锂电生产之粉尘管理

凡是从事锂电行业的人士都知道，电池在完成装配的封口前最怕粉尘、金属杂质、水分。今天就谈谈锂电制造过程中的粉尘的管控及预防。所有影响产品质量的变异因素-5M1E中，环境的控制算是锂电行业中非常重要的一环。一般的公司内部都有环境控制工艺标准（含温湿度、粉尘）, 大家肯定会说我们拿着粉尘测试仪（或离子计数器)按照标准在各车间定期进行监测，若OK则正常开线或开机，异常则及时反馈不就行了吗？说实在的，这只是探测的一种手段，还远远不够。

洁净度 是以单位体积的空气中大于等于某粒径粒子的数量来区分洁净程度，用pc/m3表示。一些企业也有叫做粒子浓度或粉尘浓度的；洁净室 是指空气悬浮粒子浓度受控的房间。它的建造和使用应减少室内诱入、产生和滞留粒子。室内其它相关参数如温度、湿度和压力等按要求进行控制。一些大型的企业或后来成立的电芯厂也会将电芯装配段车间做成洁净室或无尘房/车间。洁净室及相关控制环境国际标准（ISO14644）及国内的洁净室厂房设计规范（GB50073）都对洁净度等级进行了要求，参考图一。

粉尘造成的危害

在我们生产车间，有着各种各样的粉尘、颗粒。诸如极片搬运产生的粉料灰尘，机器和夹具磨损的金属颗粒，盖板和铝壳组装时刮擦的金属屑，激光焊时喷溅的金属屑，我们工鞋带进来的土尘，还有我们的头发、碎屑等等。这些粉尘、碎屑通常粘附在极片、隔膜或者盖板上，进而在生产过程中进入电池内部，它会给电池造成很大的不良影响，会产生如下几个后果：

1）造成锂离子电池高自放电（HSD）

高自放电是指电池在不使用的情况下，电压下降、电量损耗的现象。当这个损耗在规定的情况下超过一定量之后，这只电池就被认为是B品或报废电池。HSD很严重的时候，充满电的电池，过不了多久，电量就会损耗殆尽，甚至使电池的电压变为0V。任何情况下电压是不能低于2.0V的，如果电压低于2.0V，电池就会出现不可逆转的化学反应，就失去了循环充放电的能力，电池也就报废了。

2）造成锂离子电池内部短路

锂离子电池的能量，主要由卷芯提供，其中正极片，负极是能量的源头。锂离子电池在使用时，外部电路传输电子，内部有锂离子穿梭于电解液中，在正负极材料中进行脱嵌，其中隔膜将正负极片分开。

如果电池内部正极极片和负极极片直接接触了，或者通过粉尘，碎屑导电，那电池内部就成了电子导电了，电池就会发生内部短路了。如果电池内部短路了，那么电池就大量发热，那么随着电池的大量发热，进而可能出现起火爆炸。

3）造成电池起火爆炸

锂离子电池在满电的时候，内部突然短路，会立即释放出大量热量，大量的热量积聚无法释放时就会致使电池迅速升温，温度升高引发电解液分解、正负极材料结构变化等，释放更多热量，产生大量气体，电池内部压力急剧上升，进而发生电池爆炸的严重后果。

爆炸会使电池零部件飞溅，容易伤人，也会使电解液着火，很容易引发火灾。粉尘，金属颗粒，隔膜破损，极片的毛刺等容易使脆弱的隔膜纸刺破而导致如此重大的失效。

粉尘的来源和控制

在生产过程中，通过Hi-pot测试，高温老化来检测挑出HSD，短路的电池。但这种方法不能100%挑出所有缺陷电池。有些电池的内部的粉尘和颗粒，处于临界状态，在多次充放电后，或经过振动、高温等不合理使用时，这些危险后果才会显现。

控制粉尘及颗粒，才是解决这几个不良后果的根本措施！

粉尘的来源多种多样，一般来自于以下几个方面：厂房外部的浮尘、人自身产生的粉尘、产品包装产生的粉尘、产品制造过程中自身产生的粉尘、运输工具（物料盒，推车）带来的粉尘、经过使用老化的零件等剥落的粉尘。

1）厂房外部的浮尘

对于厂房外部的浮沉，我们要把门窗关好，把从外部引进来的空气要进行过滤。

2）人自身产生的粉尘

人自身产生的粉尘，主要来自于衣服静电吸引来的粉尘和发屑死皮等，有研究表明，各种衣服的粉尘含量如下表所示：

对于发屑死皮等，我们要穿好防尘工作服且要把自己头发等包裹严实，以免因为某粒发屑而导致电池报废。一些生活细节可以让我们离粉尘更远一点。人体散发的污染物质主要有自身产生的污染物和携带物。进入干燥室或洁净室前，应该：

3）产品包装产生的粉尘

产品包装引来的粉尘，一是运输包装的产品引入的粉尘，二是包装材料本身，所谓的硬纸盒，其本身就是50%的烂纸浆加50%的无机填料（所谓无机填料，就是沙土之类把它碾碎了）组成的，某些碰撞，摩擦，当然会导致这些“无机填料”的脱落了。

因此，对于包装盒等东西，我们在产品进车间之前就把它拿下来，不要让其进入车间。

4）产品制造过程中自身所产生的粉尘

正负极片本身就是由一些细小颗粒，通过粘结剂粘合在一起而粘附在铜铝箔上的，而加工过程中的振动，摩擦，当然会使其脱落。还有在焊接的过程中，难免会产生一些金属颗粒的飞溅，这些也是制造过程中所带来的粉尘。

对于这些粉尘，我们的办法是防范和治理相结合，对于不可避免的颗粒脱落，我们要勤用吸尘器把它吸掉，对于可以避免的摩擦，我们要充分保证产品不受到摩擦，实在没有办法的时候，就是对产品进行隔离，使产品不会暴露在这些粉尘的环境之中。吸尘的动作，在每一个工序都应该存在，都应该成为一种标准的除尘动作。

5）运输工具（物料盒，推车）带来的粉尘

运输工具带来的粉尘，对于运输工具而言，无非推车，物料盒，传送带等，其也会带来粉尘，这些就要求我们对运输工具进行清洁以后再拿进厂房进行使用。并且，要求在使用过程中要减少摩擦。

6）设备运转过程中产生

机器零部件被摩擦，或者老化后剥落的粉尘，对于这些粉尘，更需要充分注意，因为它很隐蔽，不容易被发现，例如，一些经常来回滑动的零件，还有门轴之之类的，因为经常被转动，又干燥，所以，对于轴的摩擦，是永恒的过程，因此，对于这些区域的关注，就更应该细心。这要求我们在做清理工作和排查粉尘来源时，要细致到每一个角落。

7）其他加工产生

比如极片分切，极耳成型工序切割，制片过程切割等，以及裸电芯运转掉粉，焊接过程粉尘产生等，这些过程都需要在线进行除磁，吸尘确保不会粘附在极片上

除尘的方式

对于粉尘而言，如何除掉粉尘，似乎是一件很容易的事情，然而，事实可能还真的没有想象那样容易。

3.1）湿布除尘

湿布除尘的方式普遍在使用，但这种方式依旧具有其局限性，因为产品怕水，所以，用湿布来除尘，当然就有可能把整个干燥间的湿度降低下来了，因而引起产品的不良。虽然DMC和酒精等同样可以用于清洗，但是DMC易于腐蚀塑料表面，而酒精也是我们产品所不能接触的东西，因此，在30%RH干燥间，DMC可以用于擦拭金属的零件，却不能用于擦拭塑料的零件。但是，塑料零件可以用防静电液进行擦拭。但是，在1%RH的注液间中，就更只能用纯DMC了。

湿布除尘，需要有规则，擦拭零件或地面，永远是朝一个方向推进，有利于粉尘的集中，同一片湿布，不能多处使用，它会引起粉尘之间的交叉污染，最终引起产品的高自放电。所以，在擦拭零件时，一片碎布，擦一个零件。

3.2）真空吸尘

真空吸尘应该是工厂除尘方式的一种常态，它是最直接把粉尘收集然后带出车间的，不引起二次污染，因此，吸尘需要推广到车间的每一个角落。吸尘的工具需要齐全，专用的吸尘器只能专用于某些领域，例如，专用于吸负极粉尘的，就专用于吸负极粉尘，专用于正极粉尘的就专用于吸正极粉尘，专用于吸地面的 ，就专用于吸地面。不能交叉使用。

对于真空吸尘而言，当真空越大，吸力也就越强，距离越近，吸力也越强，所以，在使用真空吸尘枪时在保证不损伤零件和产品的前提下，可以尽量靠近零件和产品，使其除尘更彻底。

对于更换吸尘器的布袋，要拿到车间外部换，不能在车间内部换，因为，那也会导致吸尘器的沉淀物重新散发到车间中。

3.3）胶布粘尘

对于一些不容易清理的角落，很难用吸尘器或者湿布进行除尘，但却可以用胶布借助工具进行收集，然后包扎起来，使其不脱落与各个角落，因此，胶布除尘是值得推行的一种方法，其没有二次污染，更能固化粉尘。当然，选择粘度适中的胶布很重要。

3.4）静电除尘

静电除尘是气体除尘方法的一种，是利用高压电场产生的静电力，使粉尘从气体中分离，得到净化的方法。与其他除尘方法相比，其根本区别在于实现粉尘与气流分离的力直接作用于粉尘上，这种力是由电场中粉尘荷电引起的库仑力。因此，在实现粉尘与气流分离的过程中，电除尘器可分离的粒度范围为0.05~200μm，除尘效率为80%~99%，处理气体的量越大，经济效果越明显。

3.5）超声除尘

超声波除尘系统说起来很复杂，讲起来很简单，第一要产生超声波，第二点需要将带有超声波的高压风打到材料表面，从而破坏材料表面的空气粘滞层。第三点既然打完以后把灰尘吸走。

在日本应用非常多的还有三类超声波除尘产品，分别是超微型、洗刀型、洗边型。

第一个是超微型，主要用于特殊工位除尘，比如锂电行业做方形电池在焊接的时候，铝壳和铝盖焊接的时候容易产生爆点和炸点，就可以用小型的超声波除尘单元除掉。

第二个是洗刀型，用于清理分切机上的灰尘，防止产生二次污染。

第三个是洗边型则被称为“毛刺清洗专家”，适用于材料边缘的清洗，大多数的毛刺经过超声波洗边系统也可以清理的很干净。

关键工序粉尘控制

那么在锂电生产车间该如何粉尘的预防和监控呢？

1）制定出合理的粉尘控制标准及监测方法。依据洁净室面积大小及工艺路线选好粉尘监测点及其数量、监测频率。

2）配料、涂布、压切、卷绕、装配车间都应配备风淋室，员工进出都应穿防尘服；二次更换工鞋和进出车间门口增加粘尘垫。

3）正负极粉料及浆料的除铁；分切、卷绕和滚槽设备要要有强力吸尘装置（注：这些金属颗粒/屑危害很大）；封口前相关车间安装高效送风过滤网。

4）物料传输有专门的封闭式通道，或过渡窗、气闸室等。

5）不同等级的洁净室、洁净室与非洁净室或洁净室与室外之间均应保持一定的正压值。

6）车间机台定期维护保养、除尘；减少设备的故障率，及减少管道泄露/直排也是对降低粉尘浓度有很大帮助的；车间地面的定期清洁、吸尘。

7）生产物料进入车间前，外包装需要除尘处理后再进入车间。或在物料过渡间外除尘后拆出内包装后进入车间。

8）有些公司针对少数易产生粉尘的机器设备或工序增加防尘罩或防尘帘，以防止粉尘扩散。

9）车间使用的与电池物料、半成品、及成品密切接触的容器、工装夹具等的制作材料应不吸湿、不锈蚀/不氧化、不扩散污染物等。

10）垃圾桶及废料/边角料要及时放置于有盖子的容器中（如胶桶或胶框），防止粉尘扩散。

质量是设计出来的。若要真正做好有效的粉尘管控，锂电企业工厂设计规划时，相关人员都要充分考虑防尘的因素，就是要在厂房的规划及产品工艺路线设计阶段就要预先考虑。同时，电池制造过程中的粉尘、金属颗粒、杂质等的管控及预防也不能放松。

1、分切模切

将碾压后的铝箔根据需要生产电池的尺寸进行分切，并充分管控毛刺(显微镜下可见))的产生，这样做的目的是避免毛刺扎穿隔膜，产生严重的安全隐患。分切的过程中产生的粉尘或切屑必须通过吸尘设备及时清除，由于粉尘具有爆炸可能性，需要用到防爆除尘器；针对切屑还需要增大除尘器的负压。

2、搅拌匀浆

将正、负极固态电池材料混合均匀后加入溶剂搅拌成浆状。浆料搅拌是前段工序的始点，是完成后续涂布、辊压等工艺的前序基础。这个环节需要严格控制粉尘，以防止粉尘对电池一致性产生影响，对生产环境要求的水平相当于医药级别。这一过程一般会用到除尘器。

3、封口焊接

这一环节就是将注液后的电池加上帽盖后进行焊接封口，由于激光焊接会产生烟尘，因此需要用到自动焊烟净化器。

4、卷绕或叠片

根据电池的生产种类不同，在这个环节有卷绕或者叠片两种工艺，但不论是哪一种工艺，都不允许材料表面附着有异物粉尘，因此这一环节需要用到高负压的真空除尘器。

小结

除尘当然也有其顺序，一般遵循从上到下，从里到外，从左到右的方式，这样不会出现一些区域已经清理过后被2次污染。

除尘是一件重复的，永恒的事情，是一件需要恒心的事情，它不需要多大的智慧，但却需要有一颗恒心。

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