Dans le domaine de la fabrication de batteries au lithium, la boîte à gants, un équipement apparemment banal mais pourtant crucial, devient un outil essentiel pour garantir les performances des batteries et favoriser les avancées technologiques. Elle crée un environnement ultra-pur en isolant l'humidité, l'oxygène et les impuretés de l'air, offrant ainsi des garanties fiables pour la synthèse des matériaux d'électrodes, la préparation des électrolytes, l'assemblage des batteries et les tests de performance des batteries au lithium. Cet article analyse la valeur technique et la logique d'application de la boîte à gants pour batteries au lithium sous trois angles : définition, fonction principale et stratégie de sélection.
1. Qu'est-ce qu'une batterie au lithiumBoîte à gants pour batterie
Une boîte à gants pour batteries au lithium est un dispositif entièrement clos. Grâce à son corps en acier inoxydable ou en acrylique transparent, à son interface de manipulation des gants et à son système de purification des gaz, la teneur en oxygène est maintenue à moins de 1 ppm et l'humidité à moins de 0,1 ppm. Sa structure principale comprend :
Corps de boîtier étanche à double couche : le corps principal est isolé du compartiment de transition et, avant utilisation, un cycle de pompage sous vide et de remplissage sous gaz inerte est effectué afin de réduire de 90 % le risque de contamination croisée. Par exemple, lors de l'injection d'électrolyte des batteries lithium-ion, la purification du compartiment de transition permet de réduire l'infiltration d'eau de la valeur environnementale (environ 20 000 ppm) à moins de 0,1 ppm.
Interface d'utilisation avec gants : équipée de 2 à 4 gants en nitrile ou en latex, d'un diamètre de 200 mm, adaptés aux équipements expérimentaux classiques. Les opérateurs effectuent des opérations de précision telles que la découpe et l'encapsulation d'électrodes à travers des gants afin d'éviter tout contact direct avec des substances nocives.
Système de purification : Des tamis moléculaires absorbent l'humidité, des catalyseurs décomposent l'oxygène et l'utilisation combinée d'un ventilateur de circulation assure une purification dynamique des gaz. L'équipement standard permet de réduire la teneur en oxygène dans une boîte de 875 mm × 480 mm × 500 mm de 21 % à moins de 1 ppm et l'humidité de la valeur environnementale à moins de 0,1 ppm en deux heures.
2. Fonction principale
Protection des matériaux : blocage de la chaîne de réaction chimique
Lematériaux d'électrodesLes batteries au lithium (comme l'oxyde de cobalt et le graphite) et l'électrolyte sont extrêmement sensibles à l'humidité et à l'oxygène. Par exemple, l'électrode négative en lithium métal forme de l'oxyde de lithium après seulement 10 minutes d'exposition à l'air, entraînant une perte de substances actives ; le LiPF6 contenu dans l'électrolyte se décompose au contact de l'humidité pour produire du HF, qui corrode les matériaux de l'électrode et endommage la membrane d'interface électrolytique solide (SEI). La boîte à gants maintient une teneur en oxygène inférieure à 1 ppm et une teneur en humidité inférieure à 0,1 ppm, ce qui multiplie la durée de vie de la batterie par 800 à 1 200 et réduit le taux de dégradation de la capacité de 8 % par an à 2 %.
Précision du processus : améliorer la cohérence de la production
Lors de la préparation de la pâte d'électrode, la boîte à gants empêche les substances actives de réagir avec l'air, garantissant ainsi l'homogénéité de la pâte et réduisant l'écart d'épaisseur de l'électrode de ±5 µm à ±2 µm. Lors de l'assemblage de la batterie, la boîte à gants permet le fonctionnement intégré d'équipements tels que les lamineuses et les machines d'injection, réduisant ainsi le coût de main-d'œuvre par GWh de 15 millions de yuans à 8 millions de yuans, tout en augmentant le rendement du produit de 88 % à 94 %.
Contrôle de sécurité : réduire les risques liés aux processus
Le soudage laser des alliages de titane nécessite une isolation à l'oxygène pour éviter l'oxydation et la fragilité de la soudure. Le boîtier de batterie soudé dans la boîte à gants présente une résistance à la traction accrue de 600 MPa à 800 MPa, et sa résistance structurelle a été augmentée de 30 %. Dans le conditionnement stérile des stents cardiaques, la boîte à gants, associée au système de filtration HEPA (filtration des particules à 99,97 %), a permis de réduire le taux de contamination microbienne de 0,3 % à 0,01 %, diminuant ainsi considérablement le risque d'infection postopératoire.
3. Comment choisir une boîte à gants
Adaptation aux exigences environnementales
Atmosphère gazeuse : la teneur en oxygène dans la production de batteries lithium-ion doit être inférieure à 1 ppm et la teneur en humidité doit être inférieure à 0,1 ppm ; pour la recherche sur les batteries à l'état solide, un mélange d'argon et de dioxyde de carbone peut être nécessaire.
Contrôle de la température et de l'humidité : Le traitement à haute température des matériaux d'électrodes nécessite un environnement à 300 °C. La boîte à gants doit être équipée d'un module de chauffage électrique et d'un système de refroidissement rapide.
Compatibilité opérationnelle
Taille de la boîte : la petite (50×80×50 cm) convient à l'analyse des échantillons ; la moyenne (80×120×100 cm) prend en charge la préparation et l'assemblage des électrodes ; la grande (120×180×150 cm) peut intégrer une machine de remplissage et une machine à plastifier pour réaliser une ligne de production automatisée.
Matériau des gants : Les gants en nitrile résistent à la corrosion chimique et conviennent aux opérations d'électrolyte ; les gants en latex ont une grande flexibilité et conviennent aux opérations fines telles que la découpe par électrodes.
Vérification des paramètres de performance
Capacité de purification : Le débit du ventilateur de circulation doit être ≥ 10 m³/h et atteindre l’environnement cible en 2 heures. Des tests ont été effectués sur un équipement d’une marque spécifique et il a été constaté qu’un caisson de 875 mm × 480 mm × 500 mm permet de purifier l’air de la valeur environnementale à la valeur cible en seulement 1,5 heure.
Performances d'étanchéité : Le taux de fuite doit être inférieur à 0,05 % vol/h et l'essai d'atténuation de pression doit montrer une diminution ≤ 0,03 % en 24 heures. Les équipements équipés d'un joint torique sous vide ont une durée de vie d'étanchéité pouvant atteindre 10 ans ou plus.
