电动化转型背后的隐形英雄

蓄电池是实现低碳电动出行的关键。然而，鲜为人知的是，泵与阀门在电驱车蓄电池的生产过程中扮演着至关重要的角色。

 

绿色出行已是大势所趋：国际能源署（IEA）的数据显示，仅从2023年第一季度到2024年第一季度，电驱车销量就增长了约25%。根据不同的预测模型估计，到2025年，这一趋势还将扩大7至12倍。电驱车需求的增长自然而然地推高了对锂离子电池的需求。例如，从2022年到2023年，锂离子电池的需求增长了40%，超过750吉瓦时（GWh）。麦肯锡公司预计，到2040年，这一需求将以每年27%的速度增长，达到4700吉瓦时。而专用的泵阀产品，正在为这场出行变革贡献力量。

 

泵与阀门在电池制造中发挥关键作用

电驱车电池的生产涉及一条遍布全球的复杂产业链，而泵与阀门几乎参与了其中的每一个环节。

 

锂离子电池的生产链（图中数字代表泵与阀门发挥关键作用的工艺步骤示例，下文将详细说明）

这条生产链始于锂、钴、锰、镍和石墨等原材料的开采。它们又被称为电池活性材料（Battery Active Materials, BAM），其电化学特性使得能量得以储存。其中最重要的原材料是锂，它在锂精炼步骤中被分离和提纯。其次，能够吸收和释放锂离子的正极材料被制造出来，这是电池充放电所必需的。然后，一种允许锂离子移动的液体——电解液也被生产出来。最终，在电池单元组装和注液步骤中，电极和电解液材料被制成电池单元。这些电池单元通过串联或并联的方式连接，以达到所需的电压。一旦电池的生命周期结束，大部分原材料可以被回收和再利用。

泵与阀门如何助力电池生产？图示中的数字表示泵与阀门发挥关键作用的步骤。让我们详细了解一下。

1.原材料开采：耐磨渣浆泵输送磨蚀性盐水和泥浆
首先，原材料公司需要进行开采以得到电池的活性材料（BAM）：锂、锰、镍、钴和石墨。这些材料大多通过露天开采获得。

在实际的采矿地点，公司会对原材料进行浓缩以便运输。他们使用各种方法：例如，在浮选法中，矿石被研磨并与水混合，然后通入空气，使金属颗粒以泡沫的形式浮到表面。此外，矿业公司还会从盐水中提取锂。这些含盐溶液存在于南美洲干涸的盐湖下，然后，公司将盐水浓缩在大型储罐中，在炎热的阳光下蒸发水分。

无论是采用浮选法还是从盐水中提取材料，开采活性材料都需要能够抵抗磨蚀性固体和腐蚀性盐类的泵。例如，凯士比的LCC-M 泵，这是一种高效的耐磨渣浆泵，具有优异的耐磨性能。它的涡壳、叶轮和吸入侧端盖均由铬含量高的白口铸铁制成。该泵易于拆卸和重新组装，便于维护和检查。此外，凯士比还可以提供聚丙烯或丁基橡胶为内衬的该型号泵。

2.锂精炼：用于高温和腐蚀性溶液的密封化学泵
锂是活性材料中最重要的成分。锂精炼厂将锂与其他物质（如钙或镁）分离，使其可用于电池生产。为此，锂精炼厂将开采和浓缩的物质加热，并加入硫酸以提取锂。如果浓缩物是从盐水中提取的，他们会添加苏打水，使锂化合物以白色薄片的形式沉淀出来。

 

干式安装的泵Magnochem

而Vulcan公司采用了一种不同的工艺，他们从德国莱茵河谷地下3000至5000米深处抽取热盐水即使用电解法将盐水中的盐分离成锂和氯。这些工艺的最终产品将以碳酸锂、氢氧化锂或金属锂的形式呈现。

所有这些工艺的共同点是，它们对泵和阀门提出了极高的要求，因为它们需要处理腐蚀性、磨蚀性且通常是高温的溶液，这就需要使用具有耐化学腐蚀内衬的阀门和泵。

凯士比的Magnochem标准化工泵就是一个很好的选择。它采用磁力联轴器，以无接触的方式，将扭矩透过罩壳传递到轴上。由于无需可能发生泄漏的密封元件，该泵特别适用于处理有毒和腐蚀性流体。值得一提的是，该泵组可以处理高达400℃的流体。

3.正极材料制造：高纯度实现最佳性能
正极是电池中最重要的部分。它在充电过程中吸收锂离子，并在放电过程中释放锂离子，从而产生电流。正极的作用源于其特殊的晶体形成材料：金属混合氧化物，如锂镍锰钴氧化物或磷酸铁锂。在这些晶体结构之间的空间内，允许锂离子进入和退出。

一个重要的步骤是生产这些晶体混合氧化物的前驱体，在行业中被称为前驱体正极活性材料（pCAM）。它们对电池的容量、循环稳定性和安全性起着决定性的作用。

控制这些化学过程的泵必须满足极其严格的清洁标准，因为即使是最小的污染，也可能对电池的性能产生重大影响。例如，它们不能含有铅、铜或金等物质，因为这些物质会改变pCAM的电化学性质。

这就是为什么凯士比在为这些工艺制造泵（例如 KWP泵）时使用特殊材料的原因。泵和阀门还参与pCAM生产中的众多辅助工艺。例如，凯士比的MegaCPK泵为此过程提供热水和冷却水，而密封性能优越的KSB Magnochem磁力驱动泵可以安全地处理有毒流体。

4.电解液生产：阀门负责溶剂和盐的精确计量
锂电池中填充了一种液体，该液体能够使锂离子在电池的两极（即正极和负极）之间移动。这种液体被称为电解液，通常是一种含有锂盐（如六氟磷酸锂（LiPF6））的溶剂。

在生产电解液的化工企业中，泵和阀门负责将物料从储存容器输送到混合罐。而精度是关键，因为必须准确计量电解液成分，才能确保电池性能的均匀和高效。

安全因素也不可小觑，生产过程必须防止泄漏，并且设备必须能够抵抗腐蚀性物质。因为如果六氟磷酸锂泄漏，它会与水分反应，形成剧毒和腐蚀性的氢氟酸（HF）。

此外，有机溶剂是易燃的。合适的泵型包括凯士比MegaCPK泵和可实现完全密封的KSB Magnochem泵。

而内衬聚四氟乙烯（PTFE）的SISTO-20隔膜阀将是一个合适的阀门选择。PTFE 材料对于强酸、强碱、溶剂和氧化剂都有很强的耐蚀性。它还具有非常低的摩擦系数，这意味着SISTO-20隔膜阀的操作将更轻便，更容易精确的调控流量。

5.正极制造：导热油泵实现最佳热量分布
正极由电池制造商的供应商生产。在涂层系统中，铝箔从大型辊子上展开，正极材料被涂覆到铝箔上。正极箔将通过约200℃的干燥炉，然后重新卷绕到新的辊子上。这种系统的长度可达一百米：为了确保足够的干燥时间，必须保证如此长的长度。

 

干式安装的泵Etanorm SYT

导热油在这些大型系统中提供最佳的热量分布，并由泵持续循环。例如，凯士比设计的 Etanorm SYT泵能够在高达350℃的温度下可靠地处理矿物和合成导热油。

最后，电池制造商将从铝箔上切割出正极，并生产电池单元。它们也需要泵和阀门来控制储存电解液并将其输送到生产过程的基础设施。当电池单元被注液和密封后，它们会被充电一次以优化其电化学性能，并检测任何可能存在的缺陷。在储存几天到几周后，它们将接受质量检查。最后，它们被装入组装好的电池中，准备就绪。

 

来源：荣格-《国际汽车设计及制造》

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