在全球能源紧张和环境持续恶化的大背景下，节能减排成为各国经济发展的主旋律，大力发展新能源汽车成为世界工业竞争的焦点。锂电池是新能源时代最有产业价值的一种储能材料，锂电池原材料中的水分含量对锂电池性能有极大影响，空气中的水分扩散进原材料中，会影响锂电池的安全；锂离子电池性能的改善，很大程度上取决于电极材料性能的改善。因此，做好锂电池材料厂房的环境控制对锂电池的蓄能和安全性都有着至关重要的作用。

1.正极材料（磷酸铁锂）生产车间的生产工艺及环境要求

空气中的水分一旦进入锂电池原材料中，就会影响锂电池的安全，严重的会引起锂电池鼓包甚至爆炸；而大气环境中的浮土、尘埃则会引起锂电池的短路。在正极材料厂房中，包装工段要求除湿设计，并且有一定的洁净要求。不同企业提出的包装间环境需求不同，但是多数企业对于包装间一般要求露点温度在-40～-30℃。

2.除湿方式选择

锂电洁净厂房对湿度控制要求较高，除湿机组是保障环境露点的核心设备。除湿机组的选择、车间围护的密闭性、风管的密闭性、人员数量、车间的管控都是影响湿度控制的重要因素，需综合考虑。常用的除湿方式有冷却除湿、液体吸收剂除湿、固体吸附剂除湿、膜法除湿以及转轮除湿等。

一般采用露点温度-50～-30℃的空气对电池正极材料厂房包装间进行连续吹扫，使湿度、温度和洁净度都符合生产要求。而转轮除湿的优点是除湿量大、运行稳定、工作效率高，经过转轮除湿机处理后的空气低温露点达到-60～-10℃，综合考虑设备体积、效率、运行时长和经济性等因素，国内的锂电池生产企业几乎都选择了转轮方式除湿。

3.某锂电池正极材料厂房典型除湿空调系统设计

3.1.设计参数

本文以某5万t磷酸铁锂厂房为例，对其除湿系统设计进行介绍。此磷酸铁锂车间要求除湿的地方为包装工段，包装间体积3000m³/h，人员6人，温度（25±3）℃，露点温度＜-40℃，洁净度达到ISO8级，工艺排风量为6000m³/h。其状态点设计参数如表1所示。

3.2　计算湿负荷

本项目的湿负荷主要包括人体散湿量、工艺过程的散湿量、各种潮湿表面、液面或液流的散湿量、设备散湿量、食品或其他物料的散湿量、渗透空气带入的湿量。本案例中只有：人体散湿量和渗透空气带入的湿量。散湿量为二者之和。

（1）人体散湿量：W人=d人×n，每人每小时散湿量按180g计算：6×180=1080g/h。

（2）渗透空气带入湿量：房间为正压，不考虑渗透风量；室内总湿负荷：W总=1080g/h。

3.3　风量设计计算

除湿空调系统的空调送风量应按以下计算结果中的最大值选取：为满足生产车间洁净需求计算得出的送风量；满足消除室内余热余湿送风量；按《洁净厂房设计规范》（GB50073—2013）的要求向洁净室内供给的新鲜空气量。

（1）满足洁净要求：ISO8级（10万级）洁净厂房换气次数为10～15次。包装间体积为3000m³，取换气次数12次，送风量为36000m³/h。

（2）满足消除室内余热余湿送风量。室内余热67.4kW，室内余湿1.08kg/h，根据送回风状态参数，消除余热，送风量需大于24942m³/h；消除余湿量，送风量需大于15480m³/h.

（3）新风量计算。新鲜空气量应是下列两项中的最大值：

①补偿室内排风量和保持正压值所需新鲜空气量之和。为保持车间正压5～10Pa，新风量为1～2次换气次数风量，按1.5次换气次数计算，新风量为4500m³/h，工艺排风量为6000m³/h，再生新风为3600m³/h，总新风量为补偿室内排风和保持正压值所需的新风空气量，为14100m³/h。②满足人员新风量要求。保证室内每人每小时的新鲜空气量不小于40m³，为240m³/h。本项目新风量选取二者最大值为14100m³/h。

因此，根据上述计算，送风总量为36000m³/h，新风量为14100m³/h，室内余热67.4kW，经计算送风温度为19℃。

3.4　除湿方案设计

除湿方案流程图如图1所示。

出各段的冷量计算如下：Q1=G新×ρ×Δi/3600＝14100×1.10×（113.4-36.6）/3600=331kW

Q2=G（降温）×ρ×C×Δt/3600＝39600×1.16×1.01×（29.7-15）/3600=189.4kW

总冷量：Q=Q1+Q2=520kW；根据冷量计算7～12℃冷冻水流量为89.0t/h。

此外，按照热量需求为转轮再生所需热量，再生温度与除湿机转轮性能有关，进出转轮的再生风温度由厂家提供：

D1（一级转轮）=G再生×ρ×C×Δt/3600=4700×1.1×1.01×（125-60）/3600=94.3kW

D2（二级转轮）=G再生×ρ×C×Δt/3600=3600×1.1×1.01×（130-43）/3600=96.7kW

经过计算，除湿机主要参数如下：总送风量为36000m³/h；新风量为14100m³/h，再生风量为3600m³/h，一级转轮除湿风量39600m³/h，二级转轮除湿风量为36000m³/h，总冷量为520kW，再生加热量197.7kW，具体如表2所示。

4.除湿空调节能分析

除湿系统的节能，首先是精细化设计，根据实际情况对除湿量以及新风量的精确计算，尽量减少室内和室外的空气交换（即尽量减小新风量），也减少其他水分影响室内环境干燥度，稳定保持房间露点。在控制除湿空调的大小，采用合理的加热和冷却系统，保证系统的稳定性。

（1）利用再生余热预加热再生空气。转轮除湿机的主要能耗是再生部分。作为再生部分排出的高温高湿气体，如果不利用，直接排掉，是极大的浪费。而且，再生加热还会带来送风温度的升高，额外需要增加制冷主机的制冷量。

（2）低温再生技术。转轮除湿机厂家需要不断研发新型节能产品和高能效转轮除湿机，某著名品牌转轮，综合领先的低温再生技术，将再生温度从传统的 120 ～ 140℃降为70 ～ 90℃。再生温度的降低，在节约能耗的同时，丰富了再生加热的方式，可以通过热水等方式加热，使系统趋于简单，运行成本也更低。更节能的方式是利用余热，采用中高温热泵将余热如工艺冷却水制取 70 ～ 90℃的热水，利用热水进行再生。

（3）尽量采用蒸汽再生，如厂区无蒸汽则采用电加热再生，若采用蒸汽再生，做好冷凝水回收。

（4）采用智能控制系统。转轮是转轮除湿机的心脏，而智能控制系统就是大脑中枢，控制着所有配件的运转、停止与配合，控制逻辑有问题，选用的配件再好也不能节能。做好变频控制，根据温湿度，对冷热源及风机进行变频与启停的控制，降低运行成本。

（5）降低系统漏风率。锂电池除湿场所对湿度要求极高，室外的相对湿度较高，如果机组箱体保温密封性差，对能耗的浪费是巨大的。因此需加强转轮除湿机箱体密封性能，建议除湿机回风管采用不锈钢满焊，减少漏风率。

5.结语

在空调领域，空气的湿度和温度是两个相关的热工参数，具有同等重要意义，但是长久以来，人们更加关注温度控制技术的研究与应用。在锂电池的制造过程中，水分会严重影响电池的质量及安全，因此除湿系统的设计对于锂电池行业尤为重要，锂电池行业对空调系统的除湿技术越来越重视。

对于正极材料车间包装工段的除湿设计，最大的设计问题是行业及各企业没有统一的参数及标准，相同产量的车间，其需做除湿设计房间的体积、湿度要求、排风量等都不同，除湿机选型差别很大，需要对已投产的厂房进行实测，确定一个合适的温湿度要求，避免湿度要求过低影响产品质量，也避免湿度要求过高出现选型过大，运行不节能的过度设计情况。因此，在进行锂电池正极材料生产厂房除湿空调设计过程中，设计人员要根据生产工艺要求，明确除湿参数，优化除湿系统设计，既保证生产质量，又降低生产消耗，节约成本，创造更多的经济效益。