В: Какие основные риски загрязнения связаны с медью и цинком при производстве литий-ионных аккумуляторов, и почему специалисты по закупкам вводят строгие стандарты «без меди» и «без цинка»?

В высокоточном мире производства литий-ионных аккумуляторов даже минимальное количество загрязнения следовыми металлами может привести к катастрофическим отказам аккумуляторов, угрозам безопасности и колоссальным финансовым потерям. Директора по закупкам и инженеры отделов исследований и разработок, проектирующие линии производства аккумуляторов, должны обеспечивать строгое соблюдение стандартов «без меди» (Cu-free) и «без цинка» (Zn-free) во всех машинах, включая частотные инверторы, электрические шкафы и пневматические системы.

Научная причина такой строгости кроется в электрохимической реакционной способности лития. В ходе циклов зарядки и разрядки литий-ионного элемента следовые частицы меди и цинка могут отделяться от стандартных промышленных компонентов вследствие механического износа или химического взаимодействия. Эти металлические микрочастицы мигрируют в активные материалы и электролит аккумулятора.

Со временем эти металлические загрязнители подвергаются электрохимическому растворению и последующему осаждению на аноде. В результате этого процесса образуются микроскопические металлические кристаллы, известные как дендриты. По мере роста дендриты могут проникать сквозь тонкую полимерную сепараторную мембрану, которая разделяет положительный и отрицательный электроды. Когда дендрит прорывает эту сепараторную мембрану, возникает локальное внутреннее короткое замыкание. Это приводит к быстрой саморазрядке, локальному перегреву, а в тяжёлых случаях — к тепловому разгону, в результате которого аккумулятор может загореться или взорваться.

Для устранения этого риска современные заводы по производству аккумуляторов запрещают использование меди, цинка и их сплавов (например, латуни и бронзы) в любом оборудовании, расположенном непосредственно над или вблизи открытых аккумуляторных элементов во время сборки, продольной резки, намотки и заливки электролита. Отраслевые стандарты обычно определяют оборудование, свободное от меди и цинка, как такое, в котором содержание этих элементов во всех подвергаемых воздействию материалах составляет менее 1 % или даже менее 0,1 % по массе.

Вопрос: Какие функции выполняют частотные преобразователи и окружающее их автоматизированное оборудование для поддержания среды, свободной от меди и цинка?

Частотные преобразователи, или регулируемые частотные приводы (VFD), играют ключевую роль в управлении скоростью и крутящим моментом электродвигателей на производственных линиях для литий-ионных аккумуляторов. Эти двигатели приводят в действие смесительное оборудование, ролики для нанесения электродного покрытия, режущие ножи для продольной резки и конвейеры для транспортировки материалов. Хотя сами преобразователи, как правило, размещаются в удалённых электрических шкафах, при их выборе и монтаже всё же необходимо соблюдать строгие требования к чистоте, поскольку они напрямую подключены к автоматизированной линии.

Во-первых, стандартные частотные преобразователи и двигатели часто оснащаются обмотками из меди, клеммными колодками из латуни и радиаторами или крепёжными кронштейнами с цинковым покрытием. Если такие преобразователи устанавливаются вблизи производственной линии, вентиляторы охлаждения могут направлять микроскопическую цинковую или медную пыль с радиаторов непосредственно на открытые электродные листы. Поэтому инженерам необходимо выбирать преобразователи, оснащённые системами охлаждения замкнутого типа, либо использовать ЧПУ с радиаторами из анодированного алюминия или нержавеющей стали вместо вариантов с цинковым покрытием.

Во-вторых, кабельная прокладка и экранирование, связанные с высокочастотными приводами на основе преобразователей частоты, должны тщательно контролироваться. Стандартные экранированные кабели используют оплётку из меди, а стандартные кабельные вводы изготавливаются из латуни. Чтобы предотвратить загрязнение, инженеры отдела исследований и разработок должны указывать кабели с никелированным экранированием либо защищать кабели в герметичных коробах из нержавеющей стали. Кабельные вводы следует заменить на изделия из нержавеющей стали или специальные аналоги из полиамида.

В-третьих, интеграция частотных преобразователей с локализованными пневматическими коллекторами и цилиндрами должна быть тщательно согласована. Во многих автоматизированных станциях электродвигатель, управляемый частотным преобразователем, работает в паре с пневматическими исполнительными устройствами. Закупка компонентов у одного надежного производителя высокого качества, такого как AIRWORK, гарантирует, что пневматические компоненты , например, клапаны, цилиндры и блоки подготовки воздуха, полностью сертифицированы как не содержащие меди и цинка, что обеспечивает экологическую совместимость с электрическими системами.

В: Каковы инженерные трудности при замене стандартных латунных и цинковых компонентов в пневматических устройствах и как AIRWORK решает эти задачи?

Стандартные пневматические компоненты в значительной степени используют латунь для фитингов, внутренних золотников клапанов и глушителей, а также сталь с цинковым покрытием — для торцевых крышек цилиндров, шпилек и кронштейнов. Латунь популярна благодаря своей естественной смазывающей способности и устойчивости к коррозии, тогда как цинковое покрытие представляет собой экономичный способ предотвращения ржавления стали. Однако при производстве литиевых аккумуляторов эти стандартные материалы строго запрещены. Их замена порождает несколько инженерных задач:

• Сохранение смазывающей способности без латуни: латунь часто применяется на динамических уплотнительных поверхностях благодаря низкому коэффициенту трения. Замена её на нержавеющую сталь может привести к ускоренному износу уплотнений, если поверхность не имеет высокой степени полировки.
• Предотвращение коррозии без цинкового покрытия: детали из нелегированной стали необходимо заменить материалами, обеспечивающими такую же или более высокую защиту от ржавчины без применения цинковых покрытий.
• Контроль затрат: нержавеющая сталь и никелирование дороже стандартной латуни и стали с цинковым покрытием.

AIRWORK разработала специализированные пневматические решения специально для индустрии литий-ионных аккумуляторов, соответствующие строгим требованиям отсутствия меди и цинка без ущерба для производительности или срока службы:

• Нержавеющая сталь марок SUS303 и SUS304: AIRWORK использует высококачественную нержавеющую сталь для штоков цилиндров, шпилек и фитингов. Поверхности подвергаются прецизионному шлифованию и полировке до зеркального блеска, чтобы обеспечить плавное перемещение уплотнений и исключить выделение микрочастиц.
• Алюминий с никелевым покрытием: Для корпусов клапанов и торцевых крышек цилиндров AIRWORK использует анодированный алюминий с химическим никелевым покрытием. Такое покрытие обеспечивает превосходную коррозионную стойкость и не содержит следов цинка или меди.
• Технические полимеры: Многие из наших фитингов и внутренних направляющих клапанов изготавливаются из высокопрочных инженерных пластиков, таких как полиоксиметилен (POM) и полибутилентерефталат (PBT), которые по своей природе не содержат металлических примесей.
• Сертифицированные чистые смазочные материалы: Стандартные пневматические смазочные материалы могут содержать цинковые присадки для защиты от износа. Компания AIRWORK использует специализированную синтетическую смазку, сертифицированную как не содержащая цинка и совместимую с чистыми помещениями, что предотвращает химическое загрязнение материалов аккумуляторов.

Вопрос: Какие ключевые параметры должен проверить менеджер по закупкам B2B при выборе автоматизированных компонентов без меди и цинка?

При закупке компонентов для проекта по производству литиевых аккумуляторов менеджеры по закупкам должны выходить за рамки стандартных каталогов и проверять конкретный состав материалов и сертификаты качества. Ниже приведен контрольный перечень критически важных параметров, которые необходимо подтвердить у поставщиков:

• Декларации о составе материалов: Запросите полное описание всех металлических деталей, подвергающихся воздействию окружающей среды. Авторитетный производитель, такой как AIRWORK, предоставляет официальные декларации, подтверждающие, что содержание меди и цинка ниже требуемого порога (обычно менее 0,1 % по массе).
• Проверка поверхностной обработки: убедитесь, что любое нанесенное покрытие представляет собой химическое никелирование (ENP) или анодирование, и подтвердите отсутствие цинк-хроматных или латунных подслоев.
• Целостность динамических уплотнений: подтвердите, что динамические уплотнения выполнены из прочных эластомеров, таких как фторкаучук (FKM) или полиуретан (PU), не содержащих цинксодержащих отвердителей.
• Испытания и сертификация: уточните, проходили ли компоненты независимые лабораторные испытания для подтверждения их химической безопасности. Компания AIRWORK предоставляет четкую документацию и сертификаты соответствия на всю пневматическую продукцию для аккумуляторов.

Сотрудничая с AIRWORK, менеджеры по закупкам могут оптимизировать свою цепочку поставок. Вместо того чтобы приобретать фитинги у одного поставщика, цилиндры — у другого, а клапаны — у третьего, AIRWORK предлагает полный и унифицированный ассортимент сертифицированных пневматических компонентов, не содержащих меди и цинка. Это сокращает объем проверочной документации, минимизирует риски нарушения требований соответствия и гарантирует максимальную безопасность и надежность всей линии автоматизации.