探讨锂电池的制备技术要求

氮气的相对分子质量为28，沸点约为-1960C，冷凝点为-210℃。氮气(N2)在空气中的含量约为78%。目前前驱体的锂电池制备技术要求反应过程在氮气保护下完成，氮气的来源可以是压缩氮气或液氮。若氮气需求量大，还可以使用大型液氮罐或制氮机。一般市面上的压缩氮气压力为12.5MPa，体积为6m3。

单价高且气量少，但占地面积小，管理方便，适合学校、研发机构或工厂研发部门使用；瓶装液氮有很多体积规格，最常见的为l20m3/瓶，价格适中，气量也能满足小型生产需求；大型液氮罐的供气量是小瓶液氮的几百倍，价格便宜，但需要前期投入和后期维护，适合中型生产需求；制氮机可根据实际用气量选择不同型号的设备，制气量越大，运行成本和氮气成本越低，适合大型生产需求。制氮机有液氮机和PSA钊氮机，液氮使用深冷法制得，设备投入及运行成本较高，在本书不做讨论。在这里只介绍PSA制氮机。PSA全称PressureSwingAdsorption，即变压吸附。空气中各种气体的体积分气78.0840%、氧气20.9476%、氩气0.9364%、二氧化碳0.0314%,其他还有H2、CH。、N20、0，、SO：、N02等，但含量极少。PSA的核心部分是吸附剂，一般选择碳分子筛为吸附剂，它吸附空气中的氧气、二氧化碳、水分等，但不吸附氮气。碳分子筛对氧气、二氧化碳、水分的吸附量随压力的增大而升高，最终可得到高纯度低露点的氮气。

PSA制氮系统一般由压缩空气装置、压缩空气净化装置、变压吸附制氧装置、储气罐等几部分组成。环境空气经空压机压缩后进入缓冲罐，缓冲罐中气体经化装置除去油、水和灰尘后，进入由两个装填有碳分子筛的吸附塔组成的变压吸附装置。压缩空气由下至上流经吸附塔，其间氧气分子在碳分子筛表面吸附，氮气由吸附塔上端流出，进入氮气缓冲罐，提供给氮气使用部门。

下面简单介绍一下PSA制氮系统中各装置的功能。

(1)压缩空气系统压缩空气系统由压缩机和空气缓冲罐组成，提供变压吸附制氮装置所需的气源。该系统提供稳定的输出压力和足够的气量。空压机一般选用运转可靠、维护简单、低噪声的螺杆式空压机。空气缓冲罐主要是作为气源的缓冲器，起稳定和储存作用，此外还可以收集和排除进入压缩空气源的大部分油水冷凝液。缓冲罐装有压力表、安全阀、排污口。空压机的排气能力需要稍大于制氧机额定产量下的空气耗量，由于其启停受到排气压力控制，当排气量大于耗气量时，排出压力上升，空压机停止；反之则空压机启动。通过如此循环启停，使空压机排气量适合制氧机耗气量要求，并适应生产线在变工况时（低于额定产量）的运行需要。

(2)空气净化系统该系统的主要功能是除尘、除油。从缓冲罐出来的压缩空气首先进入C级过滤器实现粗过滤，然后进入冷冻式干燥机，将压缩空气强制降温，使空气中的水蒸气冷凝，

(3)变压吸附制氮系统PSA制氮装置中有两个装满分子筛的吸附塔，洁净、干燥的压缩空气进入变压吸附制氮装置，流经装填有分子筛的吸附塔。压缩空气由下至上流经吸附塔，利用分子筛在不同压力下对氧和氮等的吸附力不同，氧气、水等组分在分子筛表面吸附，未被吸附的氮气在出口处被收集成为产品气，由吸附塔上端流出，进入缓冲罐。经一段时间后，吸附塔中被分子筛吸附的氧达到饱和，需进行再生。再生是通过停止吸附步骤，降低吸附塔的压力来实现的。已完成吸附的吸附塔短期均压后开始降压，脱除已吸附的氧气、水等组分，完成再生过程。两个吸附塔交替进行吸附和再生，从而产生流量和纯度稳定的产品氮气。