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使用维萨拉露点传感器智能监测湿度,优化锂离子电池制造工艺

更新时间:2023-10-26      点击次数:194

  锂离子电池是现代科技和电子设备的核心,广泛应用于智能手机、笔记本电脑、电动汽车和可再生能源存储系统等领域。然而,锂离子电池在制造过程中对湿度极为敏感。这一具挑战性的生产环境要求湿度探测仪表性能可靠,且对可能在此过程中产生的化学污染物具有较强的抵抗性。

  湿度控制的重要性:

  干燥空气管理,换句话说湿度控制,在锂离子电池制造过程中至关重要。究其原因,一是为了防止出现可能会导致火灾或爆炸之类危险的意外化学反应;二是有助于确保电池产品的质量和性能;三是能够节约与气体干燥过程相关联的工艺成本。

  基于此,锂离子电池制造过程需要在干燥室或手套箱中进行,且必须对本地微环境进行控制,以保证所需的生产条件。

  露点是在空气中水汽含量不变,保持气压一定的情况下,使空气冷却达到饱和时的温度,即水蒸气与水达到平衡状态时的温度。典型的露点温度范围是-50°C至-40°C,我们通常使用露点来表示此场景下的水蒸汽浓度,因为该情境下空气中的相对湿度值低于1%。就大多数相对湿度测量仪表而言,即使它能够将显示和输出值转换为露点温度,但缺乏具显著测量意义的分辨率和精度。例如,在露点温度为-50°C、升高5°C达到-45°C时,其相对湿度变化仅为0.1%,而这很难与其他干扰信息区分开来。

  露点传感器的有效应用:鉴于此,可以通过以下多种方式使用露点传感器来实现有效的湿度控制:

  (1)将露点测量用于监测和控制干燥设备。在某些情况下,还能通过切换露点需求,提高性能并降低能耗。

  (2)将露点传感器安装在供气管线上每个过程的入口,可采用直接安装或者使用采样单元或球阀进行安装的方式。该传感器能够快速发现问题,并明确问题是小范围层面抑或普遍化现象。

  (3)将露点传感器装置在一般的工作区域,并且可用作环境监测器。

  露点传感器面临的污染挑战:

  由于生产过程中电解质蒸发产生的化学物质,露点传感器有可能被污染。典型的锂离子电池中的液态电解质可由有机溶剂中的锂盐构成,例如LiPF6、LiBF4或LiClO4——通常为碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)或碳酸甲乙酯(MEC),而这些溶剂都可能会损坏露点传感器。例如,当电解质为LiPF6时,它将以Li+和PF6-离子的形式存在,与环境中H2O产生反应,生成氟化氢(HF)酸——这是一种会腐蚀电池端子之间隔离膜的强酸,增加短路和失火的风险,同时还可能会降低露点传感器性能。

  针对露点测量的解决方案:

  一般来说,用于露点测量的通用解决方案主要有冷镜湿度计、氧化铝或硅传感器、聚合物水分传感器。上述解决方案各有优缺点。

  冷镜湿度计使用光学反射来检测反射镜面上的冷凝温度,虽然在实验室条件下非常精确,但在采样气体包含将进入溶液且在镜面上会发生冷凝的溶剂时,易受到拉乌尔(Raoult)效应的测量误差的影响。此外,强酸或强碱也可能损坏镜面。

  氧化铝和氧化硅传感器可测量极低的露点温度,但需要谨慎监测设备的校准,因为任何会使传感器氧化的气体都将导致测量值漂移。

  聚合物传感器可耐受多种化学污染物,但大多数聚合物传感器只在一定百分比的相对湿度范围下起作用,不适用相应露点值低于-20°C的情景。

  维萨拉精准可靠的露点测量解决方案:

  维萨拉研发的具有化学抗性的聚合物露点传感器,即维萨拉DRYCAP®传感器,可通过主动操作获得长期可靠性,且测量偏差很小。

  芬兰维萨拉DRYCAP®传感器运用自动校准功能,实现对传感器精度的监测和必要的调整。该自动校准过程基于对传感器的短暂加热,以及通过观察测量的相对湿度的变化(与温度物理相关)来实现。若变化与预期不符,则算法将校正传感器的灵敏度,从而维持干燥测量条件下的准确性。

  DRYCAP®传感器的另一个重要特性是高效的清除功能。在锂离子制造过程中,严苛的化学条件将导致污染物(主要是来自使用的溶剂的碳氢化合物)扩散至传感器聚合物中。传感器受到污染后,其灵敏度会发生不可逆的变化,而这种改变最终无法通过校准进行补偿,并会导致传感器故障。DRYCAP®传感器清除功能通过短暂加热传感器使其升温,以清除聚合物中的易失性污染物。这项功能支持手动或自动启动,并且可根据操作环境灵活调整清除间隔。

  一段时间后,污染物可能会降低传感器的灵敏度。维萨拉DRYCAP®传感器具有自动清除功能,通过蒸发传感器元件中的杂质,以恢复其性能,同时自动校准可确保长期精度。

  此外,维萨拉露点测量产品系列囊括了若干种针对与锂离子电池制造相关的测量选项,从适用于设备制造商的小巧紧凑型变送器到具有不同选件和附件的坚固的行业现场仪表,都提供了不同的输出和安装选项。同时,借助手持式设备的兼容性,现场抽检和校准验证的操作都轻而易举。

  露点变送器DMT152(在干燥环境中的露点测量):

  DMT152为可靠测量低露点而设计(低至-80°C以下),它适用于半导体行业以及多种工业应用场合,如纯煤气、干燥机、手套箱、干燥室、添加剂生产和其他需要以高精度控制湿度的应用场合。

  ➭特点

  •紧凑而准确

  •采用聚合物传感器的维萨拉DRYCAP®技术

  •露点测量范围低至-80℃(-112°F)

  •由于校准间隔较长,降低了维护成本

  •防冷凝

  •可追溯到国家标准

  •与维萨拉MI70指示器兼容,可选配环路供电的显示屏,Nokeval 301


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