專利名稱：鋰電池膜片干燥過程中nmp的回收工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚合物鋰電池產(chǎn)品制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種鋰電池膜片干燥過程中NMP的回收工藝。
背景技術(shù)：
NMP(N-甲基吡咯烷酮)為無色透明油狀液體，微有胺味，熔點(diǎn)-24.4℃，沸點(diǎn)203℃，閃點(diǎn)95℃，揮發(fā)度低，熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性高。因其良好的理化性能，被廣泛應(yīng)用于鋰電池行業(yè)。
通常在制造鋰電池時(shí)，需要將電池的正極、負(fù)極材料上涂布一層聚合物，該聚合物材料需要通過有機(jī)溶劑溶解后涂布在電極片材料的表面，然后經(jīng)過干燥處理，將有機(jī)溶劑由正、負(fù)極片上脫離出來。由于NMP具有閃點(diǎn)高、安全性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，而被作為有機(jī)溶劑在鋰電池制造行業(yè)中普遍采用。但是在進(jìn)行干燥的過程中，NMP將全部變成氣體，并被隨風(fēng)機(jī)排出的空氣中。由于NMP是一種會(huì)對空氣產(chǎn)生污染的化學(xué)物質(zhì)，若直接排入空氣中，其必將形成環(huán)境污染。同時(shí)，將NMP直接排放，也是對原材料的一種浪費(fèi)。針對這種情況，目前生產(chǎn)廠商已經(jīng)開始對NMP進(jìn)行回收。例如見專利申請?zhí)枮?0123787.X的中國發(fā)明專利申請說明書，該專利采用冷凝與吸附的結(jié)合的方式對NMP進(jìn)行回收。這種放工藝流程比較長，同時(shí)由于其采用深度冷凝，能耗較高。而目前實(shí)際生產(chǎn)工藝中采用如下兩種回收工藝1、全新風(fēng)加熱全冷凍的回收工藝；2、VOC轉(zhuǎn)輪回收，原理與干燥房除濕原理完全相同，被廣泛推廣。但是這兩種工藝的設(shè)備投資和能耗都非常高。
另外，在對NMP進(jìn)行回收時(shí)，同時(shí)要保證干燥的效果，而這也是目前需要解決的一個(gè)問題。
在鋰電池膜片干燥中，其干燥效果主要由如下三個(gè)要素決定吹過膜片表面的干燥風(fēng)量(風(fēng)速)、干燥風(fēng)中NMP含量離飽和值的距離(溫度)、干燥時(shí)間。為了改善并加快膜片干燥，一般都是從上述三個(gè)方面來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以提高涂布機(jī)的產(chǎn)能、改善干燥效果。例如提高吹過膜片表面的干燥風(fēng)量，將風(fēng)量設(shè)計(jì)由3000CMH、4500CMH直到現(xiàn)在的7500CMH。提高干燥風(fēng)中NMP含量離飽和值的距離，干燥溫度由100℃、110℃、120℃、140℃不斷提升，伴隨溫度升高，NMP飽和度數(shù)值升高，以有利于吸收新?lián)]發(fā)的NMP。延長干燥時(shí)間；涂布機(jī)由三段干燥改成五段涂布，涂布機(jī)長由9米、12米、15米不斷延長至現(xiàn)在的21米。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服目前產(chǎn)品制造工藝所存在的不足，同時(shí)在保證干燥的效果前提，提供一種節(jié)能、回收率高的鋰電池膜片干燥過程中NMP的回收工藝。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案該回收工藝中采用密閉、循環(huán)的管道系統(tǒng)，同時(shí)對管道系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)氣流進(jìn)行冷卻處理，將其中多余的NMP不斷析出；所述管道系統(tǒng)中的循環(huán)氣流經(jīng)過加熱后，對鋰電池膜片進(jìn)行烘干，同時(shí)被加熱氣流將吸收膜片上的NMP；接著含有NMP的氣流經(jīng)排風(fēng)口排出，并經(jīng)過冷卻處理；冷卻后氣流中氣體的NMP含量的飽和度數(shù)值降低，氣流將析出多余的NMP，最后析出NMP后的回風(fēng)經(jīng)過風(fēng)機(jī)由進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，再次經(jīng)過加熱對膜片進(jìn)行干燥。
所述的管道系統(tǒng)包括進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口、冷卻回收管道、直通管道和干燥空間，其中，進(jìn)風(fēng)口與膜片干燥空間之間設(shè)置有氣體加熱裝置，通過進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入的氣流通過加熱裝置加熱后進(jìn)入干燥空間內(nèi)對膜片進(jìn)行干燥；進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口處均安裝有風(fēng)機(jī)，以令氣體通過風(fēng)機(jī)進(jìn)入進(jìn)風(fēng)口、通過風(fēng)機(jī)由出風(fēng)口排出；冷卻回收管道和直通管道將進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口處的風(fēng)機(jī)連通，且在冷卻回收管道和直通管道內(nèi)均設(shè)置有氣壓閥；進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口、冷卻回收管道、直通管道以及膜片干燥空間構(gòu)成一個(gè)密閉、循環(huán)的連通管道系統(tǒng)。
本發(fā)明工作時(shí)，經(jīng)過加熱的氣流進(jìn)入干燥空間，熱風(fēng)在經(jīng)過鋰電池膜片時(shí)，膜片上的NMP溶劑揮發(fā)進(jìn)入熱氣流中，隨后含NMP的熱氣流經(jīng)過出風(fēng)口進(jìn)入冷卻裝置進(jìn)行冷卻。含有NMP的熱氣流經(jīng)過冷卻處理后，氣流中氣體的NMP飽和濃度降低，氣流將析出多余的NMP，接著析出NMP后的回風(fēng)經(jīng)過風(fēng)機(jī)由進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，再次經(jīng)過加熱對膜片進(jìn)行干燥。由此不斷循環(huán)。本發(fā)明回收工藝采用密閉、循環(huán)的管道系統(tǒng)，理論上是100％回收，沒有向外界直接排放廢氣，同時(shí)外界環(huán)境中的塵埃也無法進(jìn)入涂布機(jī)污染膜片。由此可見，本發(fā)明具有有利于環(huán)保、資源再利用、改善車間環(huán)境、提高產(chǎn)品品質(zhì)等諸多優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明管道系統(tǒng)的示意具體實(shí)施例方式本發(fā)明中NMP的回收工藝采用了密閉、循環(huán)的管道系統(tǒng)。其中，由進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入的風(fēng)經(jīng)過加熱后對干燥設(shè)備中的膜片進(jìn)行干燥，同時(shí)熱氣流將吸收膜片上NMP；含有NMP的氣流經(jīng)排風(fēng)口排出后，經(jīng)過冷卻處理，冷卻后氣流中氣體含NMP的飽和度數(shù)值降低，氣流將析出多余的NMP，接著析出NMP后的回風(fēng)經(jīng)過風(fēng)機(jī)由進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，再次經(jīng)過加熱對膜片進(jìn)行干燥，如此循環(huán)。
見圖1，本發(fā)明中所采用管道系統(tǒng)包括進(jìn)風(fēng)口1、出風(fēng)口2、冷卻回收管道3、直通管道4和干燥空間5。進(jìn)風(fēng)口1和出風(fēng)口2貫通干燥空間5，鋰電池的膜片將通過涂布機(jī)帶動(dòng)由進(jìn)料口進(jìn)入干燥空間5內(nèi)進(jìn)行烘干處理，最后經(jīng)過烘干后的膜片由出料口送出。其中，進(jìn)風(fēng)口1與膜片干燥空間5之間設(shè)置有氣體加熱裝置11，通過進(jìn)風(fēng)口1進(jìn)入的氣流通過加熱裝置11加熱后進(jìn)入膜片干燥空間5內(nèi)對膜片進(jìn)行干燥；進(jìn)風(fēng)口1、出風(fēng)口2處均安裝有風(fēng)機(jī)12、21，以令氣體通過風(fēng)機(jī)12進(jìn)入進(jìn)風(fēng)口、通過風(fēng)機(jī)21由出風(fēng)口2排出。冷卻回收管道3和直通管道4將進(jìn)風(fēng)口1、出風(fēng)口2處的風(fēng)機(jī)12，21連通，且在冷卻回收管道3和直通管道4內(nèi)均設(shè)置有氣壓閥6，以調(diào)節(jié)氣流量。
上述的進(jìn)風(fēng)口1、出風(fēng)口2、冷卻回收管道3、直通管道4以及膜片干燥空間5構(gòu)成一個(gè)密閉、循環(huán)的連通管道系統(tǒng)。
冷卻回收管道3具有一個(gè)冷卻裝置31，由出風(fēng)口2進(jìn)入的熱氣流經(jīng)冷卻裝置31冷卻后再通過風(fēng)機(jī)12進(jìn)入進(jìn)風(fēng)口1。由于NMP隨著溫度的降低，其在空氣中的飽和濃度數(shù)值會(huì)降低，所以含由NMP的熱氣流經(jīng)過冷卻裝置3后，如果氣體中的NMP濃度超過其在冷卻溫度下的飽和濃度數(shù)值，就會(huì)由氣體析出NMP。由于本發(fā)明對冷卻要求不高，本實(shí)施例中，冷卻裝置31可采用水冷裝置。
另外，在冷卻回收管道3中還具有一個(gè)全熱交換器32。由出風(fēng)口2進(jìn)入的熱氣流經(jīng)過全熱交換器32后再進(jìn)入冷卻裝置31，而由冷卻裝置31流出的冷卻氣體也迂回到全熱交換器32后再通過風(fēng)道流向進(jìn)風(fēng)口1。這樣熱氣體的一部分熱量通過全熱交換器32傳導(dǎo)至冷卻后氣體，從而降低了熱量的流失，提高了熱量利用率，降低能耗。
在本管道系統(tǒng)中多處使用氣壓閥6，其用于控制氣道的關(guān)閉和開啟，以控制氣流的循環(huán)路徑、氣體壓力等等。
使用時(shí)，鋰電池膜片在涂布機(jī)帶動(dòng)下進(jìn)入干燥空間5。此時(shí)，在風(fēng)機(jī)12的鼓動(dòng)下，氣流由進(jìn)風(fēng)口1進(jìn)入干燥空間5，再經(jīng)過風(fēng)機(jī)21由出風(fēng)口2抽出。氣流進(jìn)入進(jìn)風(fēng)口1后，首先經(jīng)過加熱裝置11對氣流進(jìn)行加熱，再經(jīng)過氣壓閥6調(diào)節(jié)風(fēng)速后進(jìn)入干燥空間5內(nèi)，對鋰電池膜片進(jìn)行烘干處理。熱風(fēng)在經(jīng)過膜片時(shí)，膜片上的NMP溶劑揮發(fā)進(jìn)入熱氣流中，隨后含NMP的熱氣流經(jīng)過出風(fēng)口2進(jìn)入冷卻回收管道3和直通管道4。由于此時(shí)，干燥工藝剛開始，氣流中的NMP濃度還未達(dá)到可回收的程度。此時(shí)氣流可直接通過直通管道4后，再通過風(fēng)機(jī)12由進(jìn)風(fēng)口1進(jìn)入干燥空間5內(nèi)完成循環(huán)。當(dāng)氣流中的濃度達(dá)到一定數(shù)值后，直通管道4通過氣壓閥6關(guān)閉，熱氣流將通過冷卻回收管道3進(jìn)行循環(huán)，同時(shí)也進(jìn)行NMP的回收。含有NMP的熱氣流經(jīng)過冷卻裝置31的冷卻處理，冷卻后氣流中氣體的NMP飽和濃度數(shù)值降低，氣流將析出多余的NMP，接著析出NMP后的回風(fēng)經(jīng)過風(fēng)機(jī)12由進(jìn)風(fēng)口1進(jìn)入，再次經(jīng)過加熱裝置的加熱后對膜片進(jìn)行干燥。由此不斷循環(huán)。其中析出的NMP可以進(jìn)行回收再次利用。
本發(fā)明回收工藝不采用直接排放的方式，而是利用循環(huán)回收工藝處理，理論上是100％回收和零排放。由于沒有外界進(jìn)風(fēng)和向外界排風(fēng)，風(fēng)系統(tǒng)均勻性好。同時(shí)由于整個(gè)管道系統(tǒng)的密閉，外界環(huán)境塵埃也無法進(jìn)入涂布機(jī)污染膜片，有利于環(huán)保、資源再利用、改善車間環(huán)境、提高產(chǎn)品品質(zhì)。
下面結(jié)合實(shí)際數(shù)據(jù)對本發(fā)明原理進(jìn)行進(jìn)一步的說明。
見下表，這是NMP在空氣中的相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)。

下表是NMP在空氣中的安全參數(shù)表。

下表是使用本發(fā)明時(shí)，分別在40℃和20℃(冷卻溫度)下對NMP進(jìn)行回收時(shí)，在管道系統(tǒng)A、D、E、F、G、H、I幾個(gè)控制點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)(參見圖1)。

下面我們以40℃的回收溫度來具體說明。在設(shè)備剛開始運(yùn)行前，整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)空氣中NMP濃度很小(可忽略不計(jì))，伴隨著設(shè)備開始運(yùn)行，膜片上的NMP不斷揮發(fā)，系統(tǒng)內(nèi)空氣中開始不斷積累NMP，濃度不斷增大。當(dāng)濃度超過5.4g/kg(參見前表，NMP露點(diǎn)為40℃時(shí)每公斤空氣中含5.4g)時(shí)，冷凝器就將超過5.4g/kg含量的NMP全部析出。所以當(dāng)氣流經(jīng)過冷卻裝置后，氣流中的NMP濃度一直保持在5.4g/kg。即H點(diǎn)、I點(diǎn)的NMP含量一直保持在5.4g/kg。
A點(diǎn)的風(fēng)量是7500CMH(也就是9710kg/小時(shí))。由于鋰電池的膜片NMP的揮發(fā)量是6.5kg，經(jīng)過干燥空間后，每公斤氣體中加入的NMP含量＝6.5*1000/9710＝0.67g，因此A點(diǎn)的NMP含量＝8.75(D點(diǎn))-0.67＝8.08g/kg。
H點(diǎn)的風(fēng)量是1500CMH(也就是1942kg/小時(shí))，每公斤空氣中析出的NMP量＝3.35g，D點(diǎn)、E點(diǎn)、F點(diǎn)的NMP含量＝5.4+3.35＝8.75g/kg。
不管涂布機(jī)每小時(shí)的NMP消耗量變化多大，H點(diǎn)、I點(diǎn)的NMP含量是不變的，因此都能準(zhǔn)確算出各點(diǎn)的含量。
由上可以看出，回風(fēng)量6000CMH加冷卻處理風(fēng)1500CMH送入涂布機(jī)，達(dá)到7500CMH的設(shè)計(jì)風(fēng)量，滿足吹過膜片表面的干燥風(fēng)量這一要素。
下表為本發(fā)明與目前兩種回收方式中干燥風(fēng)中NMP含量比較的對比表。

由該表可以看出，雖然本發(fā)明所采用的工藝中NMP的含量為8.08g/kg和4.03g/kg，但離飽和值的距離都相差約200g/kg，離飽和值很遠(yuǎn)。因此滿足干燥風(fēng)中NMP含量離飽和值的距離這一要素。
另外，本發(fā)明也沒有改變涂布機(jī)長度、涂布速度，因此干燥時(shí)間不變。即本發(fā)明沒有改變決定鋰電池膜片干燥效果的三個(gè)要素。
對于本發(fā)明的安全性而言，通?？扇?xì)怏w的通風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范要求是可燃性氣體濃度低于爆炸下限的20％。由NMP在空氣中的安全參數(shù)表得出，NMP的爆炸下限是1.3％，其安全設(shè)計(jì)要求是低于1.3％×20％＝0.26％，干燥送風(fēng)A點(diǎn)的NMP含量是8.08g/kg，對應(yīng)的發(fā)生爆炸下限的體積比是0.24％，因此，該設(shè)計(jì)符合安全規(guī)范。
以下是本發(fā)明與目前兩種回收方式設(shè)備投資費(fèi)用比較表

由該表可以看出，相對目前的回收方式，使用本發(fā)明，費(fèi)用最低。
權(quán)利要求
1.鋰電池膜片干燥過程中NMP的回收工藝，其特征在于該回收工藝中采用密閉、循環(huán)的管道系統(tǒng)，同時(shí)對管道系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)氣流進(jìn)行冷卻處理，將其中所含多余的NMP不斷析出；所述管道系統(tǒng)中的循環(huán)氣流經(jīng)過加熱后，對鋰電池膜片進(jìn)行烘干，同時(shí)被加熱氣流將吸收膜片上的NMP；接著含有NMP的氣流經(jīng)排風(fēng)口排出，并經(jīng)過冷卻處理；冷卻后氣流中氣體的NMP含量的飽和度數(shù)值降低，氣流將析出多余的NMP，最后析出NMP后的回風(fēng)經(jīng)過風(fēng)機(jī)由進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，再次經(jīng)過加熱對膜片進(jìn)行干燥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池膜片干燥過程中NMP的回收工藝，其特征在于所述干燥鋰電池膜片熱風(fēng)的溫度為100～140℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池膜片干燥過程中NMP的回收工藝，其特征在于所述冷卻后氣流的溫度為20～40℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池膜片干燥過程中NMP的回收工藝，其特征在于所述的管道系統(tǒng)包括進(jìn)風(fēng)口(1)、出風(fēng)口(2)、冷卻回收管道(3)、直通管道(4)和干燥空間(5)，其中進(jìn)風(fēng)口(1)與膜片干燥空間(5)之間設(shè)置有氣體加熱裝置(11)，由進(jìn)風(fēng)口(1)進(jìn)入的氣流通過加熱裝置(11)加熱后進(jìn)入干燥空間(5)內(nèi)對膜片進(jìn)行干燥；進(jìn)風(fēng)口(1)、出風(fēng)口(2)處均安裝有風(fēng)機(jī)(12、21)，以令氣體通過風(fēng)機(jī)(12)進(jìn)入進(jìn)風(fēng)口、通過風(fēng)機(jī)(21)由出風(fēng)口(2)排出；冷卻回收管道(3)和直通管道(4)將進(jìn)風(fēng)口(1)、出風(fēng)口(2)處的風(fēng)機(jī)(12，21)連通，且在冷卻回收管道(3)和直通管道(4)內(nèi)均設(shè)置有氣壓閥(6)；進(jìn)風(fēng)口(1)、出風(fēng)口(2)、冷卻回收管道(3)、直通管道(4)以及膜片干燥空間(5)構(gòu)成一個(gè)密閉、循環(huán)的連通管道系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰電池膜片干燥過程中NMP的回收工藝，其特征在于所述的冷卻回收管道(3)具有一個(gè)冷卻裝置(31)，由出風(fēng)口(2)進(jìn)入的熱氣流經(jīng)冷卻裝置(31)冷卻后再通過風(fēng)機(jī)(12)進(jìn)入進(jìn)風(fēng)口(1)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰電池膜片干燥過程中NMP的回收工藝，其特征在于所述在冷卻回收管道(3)中還具有一個(gè)全熱交換器(32)，由出風(fēng)口(2)進(jìn)入的熱氣流經(jīng)過全熱交換器(32)后再進(jìn)入冷卻裝置(31)，由冷卻裝置(31)流出的冷卻氣體迂回到全熱交換器(32)后再通過風(fēng)道流向進(jìn)風(fēng)口。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰電池膜片干燥過程中NMP的回收工藝，其特征在于所述的冷卻裝置(31)采用水冷裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋰電池膜片干燥過程中NMP的回收工藝。該回收工藝中采用密閉、循環(huán)的管道系統(tǒng)，同時(shí)對管道系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)氣流進(jìn)行冷卻處理，將其中所含多余的NMP不斷析出；所述管道系統(tǒng)中的循環(huán)氣流經(jīng)過加熱后，對鋰電池膜片進(jìn)行烘干，同時(shí)被加熱氣流將吸收膜片上的NMP；接著含有NMP的氣流經(jīng)排風(fēng)口排出，并經(jīng)過冷卻處理；冷卻后氣流中NMP含量的飽和度數(shù)值降低，氣體將析出多余的NMP，最后析出NMP后的回風(fēng)經(jīng)過風(fēng)機(jī)由進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，再次經(jīng)過加熱對膜片進(jìn)行干燥。本發(fā)明回收工藝采用密閉、循環(huán)的管道系統(tǒng)，不向外界直接排放廢氣，同時(shí)外界環(huán)境中的塵埃也無法進(jìn)入涂布機(jī)污染膜片。其具有回收利用率高、有利于環(huán)保、可改善車間環(huán)境、提高產(chǎn)品品質(zhì)等諸多優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H01M6/52GK1944403SQ20061012296
公開日2007年4月11日 申請日期2006年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月23日
發(fā)明者蔣永忠 申請人:東莞新能源電子科技有限公司