离心空压机在锂电池行业的应用

　　【买空压机网】1、锂电池行业综述

　　锂电池，又称锂离子电池，是一种依靠锂离子（Li+）在正极与负极之间移动来达到充放电目的的一种二次电池。相比较其他的二次电池，锂电池具有能量密度高、放电功率高、循环寿命长、无记忆效应和绿色环保等明显优势。

　　根据终端应用场景的不同，锂电池通常分为动力、消费和储能三大类。其中，动力电池主要用于电动汽车，是当前锂电池最主要的应用场景；消费电池则服务于传统的应用领域，包括手机、笔记本电脑以及可穿戴设备等；储能电池则主要为通信基站、离网电站、微电网等储能需求提供电力支持，是近年来快速发展的新兴领域，也是国家政策大力支持的方向之一。

　　随着中国“3060”双碳目标和全球2050净零愿景的深入推动，新能源汽车和储能都进入快速扩张期。而作为其中核心装置的锂离子电池，无疑成为焦点行业。

　　根据研究机构EVTank发布的数据，2023年，全球锂离子电池总体出货量达到创纪录的1202.6GWh，同比增长25.6%，其中，汽车动力电池（EV LIB）、储能电池（ESS LIB）和小型电池（EV LIB）的出货量分别为865.2GWh、224.2GWh和113.2GWh，占比分别为72.0%、18.6%和9.4%。根据麦肯锡的估计，全球对于锂电池的需求有望保持每年33%以上的增速，在2030年达到4700 GWh并实现4000亿美金的产业规模。全球锂电池行业的快速发展，除了和各个国家的政策密切相关，新能源取代燃油技术，以及地缘政治导致能源战略的变化也同样是关键因素。

　　而在中国，2023年全年的锂离子电池出货量达到887.4GWh，同比增长34.3%，在全球占比达到73.8%。目前国内的锂电行业虽然投资有所放缓，但得益于三大领域旺盛的需求，相比较不少传统行业来说仍保持着较快的发展速度和强劲的上升趋势。不少企业为了保持竞争优势，均提前进行了大规模的产能布局。

　　2、生产工艺及用气量

　　锂电池的主要生产工艺流程如图1所示。

　　其中，锂电池材料包括正负极材料、电解液、隔膜、集流体和容器等。加工工艺主要包括极片制作、电芯合成和化成分容等；而PACK工艺主要包括电芯制造、电芯分级、电芯组装、电芯测试、包装和质量检测等环节。

　　2.1正极材料生产工艺及用气量

　　目前，最常见的正极材料包括三元材料和磷酸铁锂两种，2023年两者在锂电池供应链的占比分别达到68.3%和31.7%。压缩空气在正极生产工艺中主要用于气流粉碎、仪表、制氧(用于烧结)、制氮、气力输送、吹扫除尘等。为了保证产品具有良好的品质，通常要求成品压缩空气保持-40℃以下的压力露点，用气点压力为0.6-0.8MPa。

　　以4万吨磷酸铁锂项目为例，各用气点压缩空气用量如下：

　　2.2负极材料生产工艺及用气量

　　在石墨负极材料在生产过程中，同样需要大量的压缩压缩空气，主要用于气流粉碎、窑炉、气流输送、制氮(用于烧结窑炉保护用气)等。空气品质要求和正极材料生产工艺基本一致。

　　以10万吨负极材料项目为例，各用气点压缩空气用量如下：

　　2.3加工及PACK生产工艺及用气量

　　加工及PACK工艺流程繁多，而在其中的仪表用气、制氮(主要用于焊接保护气)、制浆、涂布、切片、装配、检测、化成、分容等流程中都需要用到大量的压缩空气。空气品质要求和电池材料生产工艺相同。

　　以4GWh储能电池加工及PACK项目为例，各用气点压缩空气用量如下：

　　3、离心式空气压缩机的行业应用

　　离心式空气压缩机属于动力式压缩机，通常通过一个或多个叶轮的旋转使空气得以加速，继而将空气动能转化为压力能，来获得下游所需要的压缩空气。相比较另外两种常见的空气压缩机形式——螺杆式和活塞式，离心式空气压缩机往往应用于较大流量的场合，单台流量通常高于80m³/min。另外，离心式空气压缩机还具有无油、效率高、结构紧凑、可靠性好、适合长时间运行等技术优势。

　　而近年来，随着锂电池工艺流程的不断更新以及单个项目生产规模的不断扩大，离心式空气压缩机在该行业也获得了越来越多的应用机会。预计2023年锂电池行业的需求就达到400台以上。

　　以某企业6万吨磷酸铁锂电池及8万吨三元锂电池项目为例，工艺要求总气量为1950Nm³/min，用气点压力为5barg，压力露点为-40℃。具体选型方案如下：

　　考虑到项目前期仪表用气以及调峰用气，选用了1台75Nm3/min的变频无油螺杆式压缩机，通过离心机的入口导叶调节和螺杆机的变频调节覆盖不同的总流量需求。根据现场使用情况，实现了良好的使用效果，为现场压缩空气的使用提供了有力的保障。

　　4、展望

　　虽然锂电行业已经经过了高速发展期，但目前仍是国内工业经济发展的支柱产业之一。在消费电子、动力、储能三大应用场景的支撑下，预测2024年中国锂电池市场出货量将超1100GWh，同比增长超24%，正式进入TWh时代；同时，2024年将成为国内锂电池产业链企业海外集中“落地年”，其中东南亚、东欧以及南美（含中美洲）将成为项目落地主要区域。而离心式空气压缩机作为锂电产业链中的核心设备之一，将在更多的生产现场中发挥重要作用。

　　参考文献

　　[1]EVTank.《中国锂离子电池行业发展白皮书（2024年）》[R].2024．

　　[2]McKinsey&Company.《Battery 2030:Resilient,sustainable and circular》[R].2024．

　　[3]杨绍斌等.《锂离子电池制造工艺原理与应用》[M].北京：化学工业出版社，2020．

　　[4]祁大同.《离心式压缩机原理》[M].北京：机械工业出版社，2018．

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