专利名称：锂电池膜片干燥过程中nmp的回收工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及聚合物锂电池产品制造技术领域，尤其是涉及一种锂电池膜片干燥过程中NMP的回收工艺。
背景技术：
NMP(N-甲基吡咯烷酮)为无色透明油状液体，微有胺味，熔点-24.4℃，沸点203℃，闪点95℃，挥发度低，热稳定性和化学稳定性高。因其良好的理化性能，被广泛应用于锂电池行业。
通常在制造锂电池时，需要将电池的正极、负极材料上涂布一层聚合物，该聚合物材料需要通过有机溶剂溶解后涂布在电极片材料的表面，然后经过干燥处理，将有机溶剂由正、负极片上脱离出来。由于NMP具有闪点高、安全性好等诸多优点，而被作为有机溶剂在锂电池制造行业中普遍采用。但是在进行干燥的过程中，NMP将全部变成气体，并被随风机排出的空气中。由于NMP是一种会对空气产生污染的化学物质，若直接排入空气中，其必将形成环境污染。同时，将NMP直接排放，也是对原材料的一种浪费。针对这种情况，目前生产厂商已经开始对NMP进行回收。例如见专利申请号为00123787.X的中国发明专利申请说明书，该专利采用冷凝与吸附的结合的方式对NMP进行回收。这种放工艺流程比较长，同时由于其采用深度冷凝，能耗较高。而目前实际生产工艺中采用如下两种回收工艺1、全新风加热全冷冻的回收工艺；2、VOC转轮回收，原理与干燥房除湿原理完全相同，被广泛推广。但是这两种工艺的设备投资和能耗都非常高。
另外，在对NMP进行回收时，同时要保证干燥的效果，而这也是目前需要解决的一个问题。
在锂电池膜片干燥中，其干燥效果主要由如下三个要素决定吹过膜片表面的干燥风量(风速)、干燥风中NMP含量离饱和值的距离(温度)、干燥时间。为了改善并加快膜片干燥，一般都是从上述三个方面来进行实验，以提高涂布机的产能、改善干燥效果。例如提高吹过膜片表面的干燥风量，将风量设计由3000CMH、4500CMH直到现在的7500CMH。提高干燥风中NMP含量离饱和值的距离，干燥温度由100℃、110℃、120℃、140℃不断提升，伴随温度升高，NMP饱和度数值升高，以有利于吸收新挥发的NMP。延长干燥时间；涂布机由三段干燥改成五段涂布，涂布机长由9米、12米、15米不断延长至现在的21米。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服目前产品制造工艺所存在的不足，同时在保证干燥的效果前提，提供一种节能、回收率高的锂电池膜片干燥过程中NMP的回收工艺。
为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案该回收工艺中采用密闭、循环的管道系统，同时对管道系统内循环气流进行冷却处理，将其中多余的NMP不断析出；所述管道系统中的循环气流经过加热后，对锂电池膜片进行烘干，同时被加热气流将吸收膜片上的NMP；接着含有NMP的气流经排风口排出，并经过冷却处理；冷却后气流中气体的NMP含量的饱和度数值降低，气流将析出多余的NMP，最后析出NMP后的回风经过风机由进风口进入，再次经过加热对膜片进行干燥。
所述的管道系统包括进风口、出风口、冷却回收管道、直通管道和干燥空间，其中，进风口与膜片干燥空间之间设置有气体加热装置，通过进风口进入的气流通过加热装置加热后进入干燥空间内对膜片进行干燥；进风口、出风口处均安装有风机，以令气体通过风机进入进风口、通过风机由出风口排出；冷却回收管道和直通管道将进风口、出风口处的风机连通，且在冷却回收管道和直通管道内均设置有气压阀；进风口、出风口、冷却回收管道、直通管道以及膜片干燥空间构成一个密闭、循环的连通管道系统。
本发明工作时，经过加热的气流进入干燥空间，热风在经过锂电池膜片时，膜片上的NMP溶剂挥发进入热气流中，随后含NMP的热气流经过出风口进入冷却装置进行冷却。含有NMP的热气流经过冷却处理后，气流中气体的NMP饱和浓度降低，气流将析出多余的NMP，接着析出NMP后的回风经过风机由进风口进入，再次经过加热对膜片进行干燥。由此不断循环。本发明回收工艺采用密闭、循环的管道系统，理论上是100％回收，没有向外界直接排放废气，同时外界环境中的尘埃也无法进入涂布机污染膜片。由此可见，本发明具有有利于环保、资源再利用、改善车间环境、提高产品品质等诸多优点。
图1为本发明管道系统的示意具体实施例方式本发明中NMP的回收工艺采用了密闭、循环的管道系统。其中，由进风口进入的风经过加热后对干燥设备中的膜片进行干燥，同时热气流将吸收膜片上NMP；含有NMP的气流经排风口排出后，经过冷却处理，冷却后气流中气体含NMP的饱和度数值降低，气流将析出多余的NMP，接着析出NMP后的回风经过风机由进风口进入，再次经过加热对膜片进行干燥，如此循环。
见图1，本发明中所采用管道系统包括进风口1、出风口2、冷却回收管道3、直通管道4和干燥空间5。进风口1和出风口2贯通干燥空间5，锂电池的膜片将通过涂布机带动由进料口进入干燥空间5内进行烘干处理，最后经过烘干后的膜片由出料口送出。其中，进风口1与膜片干燥空间5之间设置有气体加热装置11，通过进风口1进入的气流通过加热装置11加热后进入膜片干燥空间5内对膜片进行干燥；进风口1、出风口2处均安装有风机12、21，以令气体通过风机12进入进风口、通过风机21由出风口2排出。冷却回收管道3和直通管道4将进风口1、出风口2处的风机12，21连通，且在冷却回收管道3和直通管道4内均设置有气压阀6，以调节气流量。
上述的进风口1、出风口2、冷却回收管道3、直通管道4以及膜片干燥空间5构成一个密闭、循环的连通管道系统。
冷却回收管道3具有一个冷却装置31，由出风口2进入的热气流经冷却装置31冷却后再通过风机12进入进风口1。由于NMP随着温度的降低，其在空气中的饱和浓度数值会降低，所以含由NMP的热气流经过冷却装置3后，如果气体中的NMP浓度超过其在冷却温度下的饱和浓度数值，就会由气体析出NMP。由于本发明对冷却要求不高，本实施例中，冷却装置31可采用水冷装置。
另外，在冷却回收管道3中还具有一个全热交换器32。由出风口2进入的热气流经过全热交换器32后再进入冷却装置31，而由冷却装置31流出的冷却气体也迂回到全热交换器32后再通过风道流向进风口1。这样热气体的一部分热量通过全热交换器32传导至冷却后气体，从而降低了热量的流失，提高了热量利用率，降低能耗。
在本管道系统中多处使用气压阀6，其用于控制气道的关闭和开启，以控制气流的循环路径、气体压力等等。
使用时，锂电池膜片在涂布机带动下进入干燥空间5。此时，在风机12的鼓动下，气流由进风口1进入干燥空间5，再经过风机21由出风口2抽出。气流进入进风口1后，首先经过加热装置11对气流进行加热，再经过气压阀6调节风速后进入干燥空间5内，对锂电池膜片进行烘干处理。热风在经过膜片时，膜片上的NMP溶剂挥发进入热气流中，随后含NMP的热气流经过出风口2进入冷却回收管道3和直通管道4。由于此时，干燥工艺刚开始，气流中的NMP浓度还未达到可回收的程度。此时气流可直接通过直通管道4后，再通过风机12由进风口1进入干燥空间5内完成循环。当气流中的浓度达到一定数值后，直通管道4通过气压阀6关闭，热气流将通过冷却回收管道3进行循环，同时也进行NMP的回收。含有NMP的热气流经过冷却装置31的冷却处理，冷却后气流中气体的NMP饱和浓度数值降低，气流将析出多余的NMP，接着析出NMP后的回风经过风机12由进风口1进入，再次经过加热装置的加热后对膜片进行干燥。由此不断循环。其中析出的NMP可以进行回收再次利用。
本发明回收工艺不采用直接排放的方式，而是利用循环回收工艺处理，理论上是100％回收和零排放。由于没有外界进风和向外界排风，风系统均匀性好。同时由于整个管道系统的密闭，外界环境尘埃也无法进入涂布机污染膜片，有利于环保、资源再利用、改善车间环境、提高产品品质。
下面结合实际数据对本发明原理进行进一步的说明。
见下表，这是NMP在空气中的相关技术数据。
下表是NMP在空气中的安全参数表。
下表是使用本发明时，分别在40℃和20℃(冷却温度)下对NMP进行回收时，在管道系统A、D、E、F、G、H、I几个控制点采集的数据(参见图1)。
下面我们以40℃的回收温度来具体说明。在设备刚开始运行前，整个系统内空气中NMP浓度很小(可忽略不计)，伴随着设备开始运行，膜片上的NMP不断挥发，系统内空气中开始不断积累NMP，浓度不断增大。当浓度超过5.4g/kg(参见前表，NMP露点为40℃时每公斤空气中含5.4g)时，冷凝器就将超过5.4g/kg含量的NMP全部析出。所以当气流经过冷却装置后，气流中的NMP浓度一直保持在5.4g/kg。即H点、I点的NMP含量一直保持在5.4g/kg。
A点的风量是7500CMH(也就是9710kg/小时)。由于锂电池的膜片NMP的挥发量是6.5kg，经过干燥空间后，每公斤气体中加入的NMP含量＝6.5*1000/9710＝0.67g，因此A点的NMP含量＝8.75(D点)-0.67＝8.08g/kg。
H点的风量是1500CMH(也就是1942kg/小时)，每公斤空气中析出的NMP量＝3.35g，D点、E点、F点的NMP含量＝5.4+3.35＝8.75g/kg。
不管涂布机每小时的NMP消耗量变化多大，H点、I点的NMP含量是不变的，因此都能准确算出各点的含量。
由上可以看出，回风量6000CMH加冷却处理风1500CMH送入涂布机，达到7500CMH的设计风量，满足吹过膜片表面的干燥风量这一要素。
下表为本发明与目前两种回收方式中干燥风中NMP含量比较的对比表。
由该表可以看出，虽然本发明所采用的工艺中NMP的含量为8.08g/kg和4.03g/kg，但离饱和值的距离都相差约200g/kg，离饱和值很远。因此满足干燥风中NMP含量离饱和值的距离这一要素。
另外，本发明也没有改变涂布机长度、涂布速度，因此干燥时间不变。即本发明没有改变决定锂电池膜片干燥效果的三个要素。
对于本发明的安全性而言，通常可燃气体的通风设计规范要求是可燃性气体浓度低于爆炸下限的20％。由NMP在空气中的安全参数表得出，NMP的爆炸下限是1.3％，其安全设计要求是低于1.3％×20％＝0.26％，干燥送风A点的NMP含量是8.08g/kg，对应的发生爆炸下限的体积比是0.24％，因此，该设计符合安全规范。
以下是本发明与目前两种回收方式设备投资费用比较表
由该表可以看出，相对目前的回收方式，使用本发明，费用最低。
权利要求
1.锂电池膜片干燥过程中NMP的回收工艺，其特征在于该回收工艺中采用密闭、循环的管道系统，同时对管道系统内循环气流进行冷却处理，将其中所含多余的NMP不断析出；所述管道系统中的循环气流经过加热后，对锂电池膜片进行烘干，同时被加热气流将吸收膜片上的NMP；接着含有NMP的气流经排风口排出，并经过冷却处理；冷却后气流中气体的NMP含量的饱和度数值降低，气流将析出多余的NMP，最后析出NMP后的回风经过风机由进风口进入，再次经过加热对膜片进行干燥。
2.根据权利要求1所述的锂电池膜片干燥过程中NMP的回收工艺，其特征在于所述干燥锂电池膜片热风的温度为100～140℃。
3.根据权利要求1所述的锂电池膜片干燥过程中NMP的回收工艺，其特征在于所述冷却后气流的温度为20～40℃。
4.根据权利要求1所述的锂电池膜片干燥过程中NMP的回收工艺，其特征在于所述的管道系统包括进风口(1)、出风口(2)、冷却回收管道(3)、直通管道(4)和干燥空间(5)，其中进风口(1)与膜片干燥空间(5)之间设置有气体加热装置(11)，由进风口(1)进入的气流通过加热装置(11)加热后进入干燥空间(5)内对膜片进行干燥；进风口(1)、出风口(2)处均安装有风机(12、21)，以令气体通过风机(12)进入进风口、通过风机(21)由出风口(2)排出；冷却回收管道(3)和直通管道(4)将进风口(1)、出风口(2)处的风机(12，21)连通，且在冷却回收管道(3)和直通管道(4)内均设置有气压阀(6)；进风口(1)、出风口(2)、冷却回收管道(3)、直通管道(4)以及膜片干燥空间(5)构成一个密闭、循环的连通管道系统。
5.根据权利要求4所述的锂电池膜片干燥过程中NMP的回收工艺，其特征在于所述的冷却回收管道(3)具有一个冷却装置(31)，由出风口(2)进入的热气流经冷却装置(31)冷却后再通过风机(12)进入进风口(1)。
6.根据权利要求5所述的锂电池膜片干燥过程中NMP的回收工艺，其特征在于所述在冷却回收管道(3)中还具有一个全热交换器(32)，由出风口(2)进入的热气流经过全热交换器(32)后再进入冷却装置(31)，由冷却装置(31)流出的冷却气体迂回到全热交换器(32)后再通过风道流向进风口。
7.根据权利要求5所述的锂电池膜片干燥过程中NMP的回收工艺，其特征在于所述的冷却装置(31)采用水冷装置。
全文摘要
本发明公开了一种锂电池膜片干燥过程中NMP的回收工艺。该回收工艺中采用密闭、循环的管道系统，同时对管道系统内循环气流进行冷却处理，将其中所含多余的NMP不断析出；所述管道系统中的循环气流经过加热后，对锂电池膜片进行烘干，同时被加热气流将吸收膜片上的NMP；接着含有NMP的气流经排风口排出，并经过冷却处理；冷却后气流中NMP含量的饱和度数值降低，气体将析出多余的NMP，最后析出NMP后的回风经过风机由进风口进入，再次经过加热对膜片进行干燥。本发明回收工艺采用密闭、循环的管道系统，不向外界直接排放废气，同时外界环境中的尘埃也无法进入涂布机污染膜片。其具有回收利用率高、有利于环保、可改善车间环境、提高产品品质等诸多优点。
文档编号H01M6/52GK1944403SQ20061012296
公开日2007年4月11日 申请日期2006年10月23日 优先权日2006年10月23日
发明者蒋永忠 申请人:东莞新能源电子科技有限公司