长城L-QB300导热油在磷酸铁锂电池生产线的应用

揭斌华 吴晓涛 王鹏 黄夏 王雪梅

1 中国石化润滑油有限公司茂名分公司

2 茂名市质量计量监督检测所

随着燃油汽车保有量的不断攀升，能源、环境问题日益突出，发展新能源汽车成为大势所趋。在政府的支持和引导下，我国新能源汽车产业发展迅速，2018年，我国新能源汽车产能达到1.27×106辆，同比增长59.9%。新能源汽车的快速增长直接推动了我国动力锂电池产业的发展，2018全年我国新能源汽车动力电池装机总量为56.89 GWh，同比增长56.88%，占全球动力电池配套量的60%以上，预计2020年我国动力电池需求量约1 100 GWh，继续保持全球领先地位［1］。

同时，我国动力电池生产企业面临技术革新、成本偏高等诸多问题，其中锂电池正负极材料干燥过程中，热负荷大、能耗高，因此，企业对生产过程的节能减耗、降本增效尤为关注［2］。本文介绍了某公司年产量9.0 GWh磷酸铁锂电池项目配套使用矿物型/合成型长城L-QB300导热油的情况，用于指导磷酸铁锂电池生产线的导热油选型、维护管理，降低生产运行成本。

磷酸铁锂电池生产工艺及涂布烘干工艺

磷酸铁锂电池生产工艺流程

磷酸铁锂电池生产工艺流程为：搅拌配料→涂布烘干→辊压→横切→模切→包膜→叠片→电芯组装→烘烤→注液→静置→封口焊接→化成→检测→配组→模块电池组装→包装出厂等。其中涂布烘干是整个磷酸铁锂电池生产中的关键一环，对磷酸铁锂电池的性能起决定性作用。

磷酸铁锂电池的涂布烘干工艺流程

磷酸铁锂电池涂布烘干工艺流程为［3］：磷酸铁锂电池正负极基片（铝箔或铜箔）由放卷装置放出供入涂布机，基片的首尾在接片台连接成连续带后由拉片装置送入张力调整装置和自动纠偏装置，经过调整片路张力和片路位置后进入涂布装置。涂布装置将浆料均匀涂覆予基材裹面，并按预设的涂布量和空白长度进行分段涂布。涂布后的湿极片在机尾牵引装置的拉力作用下，从机头进入干燥烘箱由热风进行干燥，烘箱内的热风将热量传递到涂层中，使涂层中溶剂和水挥发，也使胶层中的分子活化之后发生交联反应。干燥后的极片经纠偏和自动牵引装置后在机尾进行收卷，供下一步工序进行加工。由于极片浆料涂层比较厚，涂布量大，干燥负荷大，因此，热风的热量来源于蒸汽加热或导热油加热（图1）。

导热油加热与蒸汽加热

目前，磷酸铁锂电池生产中热风的热量来源于蒸汽加热或导热油加热，而无论采用导热油加热系统或蒸气加热系统，系统的操作压力与锅炉出口温度密切相关，导热油加热系统与蒸气加热系统在不同锅炉出口温度下的操作压力见图2。

与蒸汽加热相比，导热油加热具有以下优势：

图1 磷酸铁锂电池涂布烘干工艺流程示意

图2 导热油加热系统与蒸气加热系统在不同锅炉出口温度下的操作压力

◇操作压力低，安全性高。从图2可看出，在不同的锅炉出口温度下，导热油加热系统维持在0.4 MPa的常压液相状态，系统和用热设备的安全可靠性较高；对于蒸汽锅炉系统来说，在锅炉出口温度为150 ℃时，蒸汽压力与导热油压力相差不大，蒸汽压力随温度升高而增大，在250 ℃时，蒸汽压力是导热油压力的10倍。蒸汽锅炉系统为4 MPa的中压系统，设备均为耐压设备。

◇运行成本低。导热油加热系统流程简单，无水处理设备及辅助设备，设备均为常压设备，系统投资成本较低。

◇热效率高。锅炉进出口温差为20～30 ℃，且无跑、冒、滴、漏等热损失，热利用率很高。

◇控温精度高，特别适用于热敏性物料加热。

◇系统操作便捷，无需人员长期值守。

长城L-QB300导热油的性能

理化性能

长城L-QB300矿物型导热油和长城L-QB300合成型导热油的理化性能典型数据见表1。

由表1可知，长城L-QB300合成型导热油和L-QB300矿物型导热油均满足GB 23971—2009 《有机热载体》的质量指标要求［4］，但2种导热油各有特点。

表1 2种长城L-QB300导热油的理化性能

长城L-QB300合成型导热油的特点如下：

◇化学组成相对简单，不易结焦，保障高效的热量传递，延长油品使用寿命；

◇抗高温氧化性能更优，外观保持能力好，使用中酸值增加缓慢，减少酸性物质对用热设备、管道及过滤器等的影响；

◇运动黏度、低温运动黏度以及倾点低，低温泵送性和高温流动性优异，加快循环速度，减小运行温差，提高传热效率，降低能耗费用。

长城L-QB300矿物型导热油的特点如下：

◇原料来源广泛，成本较低；

◇热稳定性能更优，变质率较低，减少运行过程中油品补加量；

◇初馏点高，闪点高，蒸汽压低，挥发性低，保证系统的安全运行，减少油品消耗；

◇环保型产品，环境友好，安全可靠，保障了使用者的健康与安全。

馏程分析

根据 SH/T 0558—1993 《石油馏分沸程分布测定法（气相色谱法）》，对2种长城L-QB300导热油的馏程数据进行分析，结果见表2。

从表2可以看出，长城L-QB300矿物型导热油的馏程较宽，95%～5%的馏程温度为118，而长城L-QB300合成型导热油的馏程相对较窄，95%～5%的馏程温度为92，说明长城L-QB300合成型导热油的化学成分相对更简单，具有更优异的抗结焦性能［5］。

表2 2种长城L-QB300导热油的色谱馏程数据

在用油跟踪分析

某公司年产量9.0 GWh磷酸铁锂电池项目共有6台1. 0×105t/h燃气导热油炉，于2016年6月采用长城L-QB300合成型导热油150 t、长城L-QB300矿物型导热油150 t作为系统初装用油。至今使用2年，2种长城L-QB300导热油现场均表现优异，设备运行良好，满足各生产线用油要求。同时分别对2种长城L-QB300导热油的在用油进行了跟踪分析检测。

外观情况

2018年6月，现场采集导热油炉系统管线内的在用导热油，并与新油外观进行对比，结果见图3。

由图3可见，2种导热油分别在磷酸铁锂电池生产线上使用2年，长城L-QB300合成型导热油外观由浅黄色变成黄色、透明；而长城L-QB300矿物型导热油的外观依然保持透明，但由浅黄色变成褐色，说明长城L-QB300合成型导热油抗氧化性能更优，外观保持能力好。

指标分析

分别对2种长城L-QB300导热油的在用油主要理化性能指标进行分析，并与GB 24747—2009《有机热载体安全技术条件》［6］在用导热油的质量指标要求进行对比，结果见表3。

从表3可以看出， 长城L-QB300合成型导热油、长城L-QB300矿物型导热油在用油的运动黏度、闭口闪点、残炭、酸值、水分指标均与新油接近，各项指标均满足GB 24747—2009的允许使用质量指标，且远低于停止使用质量指标，说明2种长城L-QB300导热油在导热油锅炉设备上运行状况良好，均能满足磷酸铁锂电池生产线用油要求。同时，长城L-QB300矿物型导热油的酸值为0.065 mgKOH/g，而长城L-QB300合成型导热油的酸值为0.015 mgKOH/g，说明后者的抗高温氧化性能更优，使用过程中酸值增加缓慢，可减缓酸性物质对用热设备、管道及过滤器等的影响。

图3 新油与在用油外观对比情况

表3 在用导热油的分析数据

图4 在用导热油的低沸物、高沸物、变质率数据对比

变质率的分析

根据 SH/T 0558—1993《石油馏分沸程分布测定法（气相色谱法）》，对2种在用油的馏程数据进行分析，并与新油的馏程对比，得到在用导热油的低沸物、高沸物、变质率数据，结果见图4。

从图4可以看出，长城L-QB300矿物型导热油的低沸物、高沸物、变质率数据分别为1.05%、0.27%、1.34%，其数值均低于长城L-QB300合成型导热油，说明长城L-QB300矿物型导热油热稳定性能更优，在磷酸铁锂电池生产线上使用后的变质率较低，可减少运行过程中油品补加量。

结论

2种长城L-QB300导热油分别在某公司年产量9.0GWh磷酸铁锂电池项目6台10万t/h燃气导热油炉上应用，应用2年的结果表明，2种导热油在导热油锅炉设备上运行状况良好，均能满足磷酸铁锂电池生产线用热要求。同时，2种导热油各有特点，长城L-QB300合成型导热油抗高温氧化性能更优，外观保持能力好，使用过程中酸值增加缓慢，可减缓酸性物质对用热设备、管道及过滤器等的影响；长城L-QB300矿物型导热油热稳定性能更优，在磷酸铁锂电池生产线上使用后的变质率较低，可减少运行过程中油品补加量。