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    使用維薩拉露點傳感器智能監測濕度,優化鋰離子電池制造工藝

    更新時間:2023-10-26      點擊次數:105

      鋰離子電池是現代科技和電子設備的核心,廣泛應用于智能手機、筆記本電腦、電動汽車和可再生能源存儲系統等領域。然而,鋰離子電池在制造過程中對濕度極為敏感。這一具挑戰性的生產環境要求濕度探測儀表性能可靠,且對可能在此過程中產生的化學污染物具有較強的抵抗性。

      濕度控制的重要性:

      干燥空氣管理,換句話說濕度控制,在鋰離子電池制造過程中至關重要。究其原因,一是為了防止出現可能會導致火災或爆炸之類危險的意外化學反應;二是有助于確保電池產品的質量和性能;三是能夠節約與氣體干燥過程相關聯的工藝成本。

      基于此,鋰離子電池制造過程需要在干燥室或手套箱中進行,且必須對本地微環境進行控制,以保證所需的生產條件。

      露點是在空氣中水汽含量不變,保持氣壓一定的情況下,使空氣冷卻達到飽和時的溫度,即水蒸氣與水達到平衡狀態時的溫度。典型的露點溫度范圍是-50°C至-40°C,我們通常使用露點來表示此場景下的水蒸汽濃度,因為該情境下空氣中的相對濕度值低于1%。就大多數相對濕度測量儀表而言,即使它能夠將顯示和輸出值轉換為露點溫度,但缺乏具顯著測量意義的分辨率和精度。例如,在露點溫度為-50°C、升高5°C達到-45°C時,其相對濕度變化僅為0.1%,而這很難與其他干擾信息區分開來。

      露點傳感器的有效應用:鑒于此,可以通過以下多種方式使用露點傳感器來實現有效的濕度控制:

     ?。?)將露點測量用于監測和控制干燥設備。在某些情況下,還能通過切換露點需求,提高性能并降低能耗。

     ?。?)將露點傳感器安裝在供氣管線上每個過程的入口,可采用直接安裝或者使用采樣單元或球閥進行安裝的方式。該傳感器能夠快速發現問題,并明確問題是小范圍層面抑或普遍化現象。

     ?。?)將露點傳感器裝置在一般的工作區域,并且可用作環境監測器。

      露點傳感器面臨的污染挑戰:

      由于生產過程中電解質蒸發產生的化學物質,露點傳感器有可能被污染。典型的鋰離子電池中的液態電解質可由有機溶劑中的鋰鹽構成,例如LiPF6、LiBF4或LiClO4——通常為碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)或碳酸甲乙酯(MEC),而這些溶劑都可能會損壞露點傳感器。例如,當電解質為LiPF6時,它將以Li+和PF6-離子的形式存在,與環境中H2O產生反應,生成氟化氫(HF)酸——這是一種會腐蝕電池端子之間隔離膜的強酸,增加短路和失火的風險,同時還可能會降低露點傳感器性能。

      針對露點測量的解決方案:

      一般來說,用于露點測量的通用解決方案主要有冷鏡濕度計、氧化鋁或硅傳感器、聚合物水分傳感器。上述解決方案各有優缺點。

      冷鏡濕度計使用光學反射來檢測反射鏡面上的冷凝溫度,雖然在實驗室條件下非常精確,但在采樣氣體包含將進入溶液且在鏡面上會發生冷凝的溶劑時,易受到拉烏爾(Raoult)效應的測量誤差的影響。此外,強酸或強堿也可能損壞鏡面。

      氧化鋁和氧化硅傳感器可測量極低的露點溫度,但需要謹慎監測設備的校準,因為任何會使傳感器氧化的氣體都將導致測量值漂移。

      聚合物傳感器可耐受多種化學污染物,但大多數聚合物傳感器只在一定百分比的相對濕度范圍下起作用,不適用相應露點值低于-20°C的情景。

      維薩拉精準可靠的露點測量解決方案:

      維薩拉研發的具有化學抗性的聚合物露點傳感器,即維薩拉DRYCAP®傳感器,可通過主動操作獲得長期可靠性,且測量偏差很小。

      芬蘭維薩拉DRYCAP®傳感器運用自動校準功能,實現對傳感器精度的監測和必要的調整。該自動校準過程基于對傳感器的短暫加熱,以及通過觀察測量的相對濕度的變化(與溫度物理相關)來實現。若變化與預期不符,則算法將校正傳感器的靈敏度,從而維持干燥測量條件下的準確性。

      DRYCAP®傳感器的另一個重要特性是高效的清除功能。在鋰離子制造過程中,嚴苛的化學條件將導致污染物(主要是來自使用的溶劑的碳氫化合物)擴散至傳感器聚合物中。傳感器受到污染后,其靈敏度會發生不可逆的變化,而這種改變最終無法通過校準進行補償,并會導致傳感器故障。DRYCAP®傳感器清除功能通過短暫加熱傳感器使其升溫,以清除聚合物中的易失性污染物。這項功能支持手動或自動啟動,并且可根據操作環境靈活調整清除間隔。

      一段時間后,污染物可能會降低傳感器的靈敏度。維薩拉DRYCAP®傳感器具有自動清除功能,通過蒸發傳感器元件中的雜質,以恢復其性能,同時自動校準可確保長期精度。

      此外,維薩拉露點測量產品系列囊括了若干種針對與鋰離子電池制造相關的測量選項,從適用于設備制造商的小巧緊湊型變送器到具有不同選件和附件的堅固的行業現場儀表,都提供了不同的輸出和安裝選項。同時,借助手持式設備的兼容性,現場抽檢和校準驗證的操作都輕而易舉。

      露點變送器DMT152(在干燥環境中的露點測量):

      DMT152為可靠測量低露點而設計(低至-80°C以下),它適用于半導體行業以及多種工業應用場合,如純煤氣、干燥機、手套箱、干燥室、添加劑生產和其他需要以高精度控制濕度的應用場合。

      ?特點

      •緊湊而準確

      •采用聚合物傳感器的維薩拉DRYCAP®技術

      •露點測量范圍低至-80℃(-112°F)

      •由于校準間隔較長,降低了維護成本

      •防冷凝

      •可追溯到國家標準

      •與維薩拉MI70指示器兼容,可選配環路供電的顯示屏,Nokeval 301


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