通過鋰電濕度傳感器等智能測量優化鋰離子電池的製造工藝

監測鋰離子電池製造過程中的濕度

鋰離子電池在製造過程中對濕度十分敏感。這一具有挑戰性的生產(chan) 環境要求濕度探測儀(yi) 表性能可靠並且對可能在此過程中產(chan) 生的副產(chan) 品具有較強的抵抗性。

出於(yu) 以下三個(ge) 原因，幹燥空氣管理在鋰離子 (Li-ion) 電池製造過程中至關(guan) 重要。

首先，為(wei) 了防止發生可能導致失火和爆炸之類危險的意外化學反應；

第二，為(wei) 了防止出現產(chan) 品質量問題；

第三，為(wei) 了在控製與(yu) 幹燥大量氣體(ti) 相關(guan) 聯的工藝中節約成本。

鋰離子電池製造過程是在幹燥室或手套箱中執行的，其中，必須對本地微環境進行控製，以便保持理想的生產(chan) 條件。處理環境的典型露點溫度範圍是從(cong) -50 °C到 -40 °C。使用露點來表示此級別下的水蒸汽濃度，因為(wei) 相應的相對濕度值低於(yu) 1%。對於(yu) 用於(yu) 測量相對濕度的大多數儀(yi) 表來說，即使它們(men) 能夠將顯示和輸出值轉換為(wei) 露點溫度，在此級別也缺乏有意義(yi) 的測量所需的分辨率和精度。例如，在露點溫度為(wei) -50 °C 時，升高 5 °C 達到 -45°C 表示相應的相對濕度變化僅(jin) 為(wei) 0.1% –這是很難與(yu) 其他幹擾信息區分開來的值。

露點傳(chuan) 感器的理想位置

可以通過多種不同的方式使用露點儀(yi) 表來實現上述目標。可以使用露點測量來監測和控製實際的幹燥機。在某些情況下，可以通過實現露點需求切換，提高幹燥機性能並且降低能耗。露點儀(yi) 表還可以安裝在供氣管線上每個(ge) 過程的入口，可以采用直接安裝的方式，也可以通過使用采樣單元或球閥進行安裝。這些儀(yi) 表可以快速發現問題，並且幫助確定問題是小範圍問題還是更為(wei) 普遍化的問題。最後，露點儀(yi) 表可以安裝在一般的工作區域，並且可用作環境監視器。

汙染問題

露點傳(chuan) 感器可能會(hui) 由於(yu) 從(cong) 過程中使用的電解質蒸發而生成的化學物，在生產(chan) 環境中受到汙染。典型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(wei) 碳酸亞(ya) 乙酯 (EC)、碳酸二甲酯 (DMC)或碳酸甲乙酯 (MEC)。所有這些溶劑都可能會(hui) 損壞露點傳(chuan) 感器。如果電解質為(wei) LiPF6，則它將以 Li+ 和 PF6

- 離子的形式存在。與(yu) 環境中 H2O 產(chan) 生的反應將創建氟化氫 (HF) 酸。這是一種會(hui) 腐蝕電池端子之間隔離膜的強酸，增加了短路和失火的風險。它還可能會(hui) 導致露點傳(chuan) 感器的性能降級。所麵臨(lin) 的挑戰對於(yu) 不同電池構造來說是類似的。

針對露點測量的解決(jue) 方案

用於(yu) 露點測量的通用解決(jue) 方案包括冷鏡濕度計、氧化鋁或矽傳(chuan) 感器以及聚合物水分傳(chuan) 感器。每種解決(jue) 方案都各有優(you) 缺點。

冷鏡濕度計使用光學反射來檢測反 射麵（鏡麵）上的冷凝 溫 度 。這 些設備在實驗室條件下非常精確，但在采樣氣體(ti) 包含將進入溶液且在鏡麵上會(hui) 發生冷凝的溶劑時，易受到稱作拉烏(wu) 爾 (Raoult) 效應的測量誤差的影響。強酸或強堿也可能損壞鏡麵。

氧化鋁和氧化矽傳(chuan) 感器可測量極低的露點溫度。應該謹慎監測這些設備的校準，因為(wei) 會(hui) 造成傳(chuan) 感器本身持續氧化的

任何氣體(ti) 都將導致測量值中的漂移。

聚合物傳(chuan) 感器可以規劃為(wei) 耐受多種不同的化學汙染物。但遺憾的是，大多數聚合物傳(chuan) 感器隻是在一定百分比的相對濕度範圍下起作用，因此不適合在相應露點值低於(yu) -20 °C 時使用。

在鋰離子電池製造中用於(yu) 露點測量的維薩拉解決(jue) 方案

維薩拉提供一種具有化學抗性的聚合物露點傳(chuan) 感器，可通過主動操作獲得長期可靠性，而且測量偏差很小。

維薩拉 DRYCAP ® 傳(chuan) 感器使用自動校準功能來監測傳(chuan) 感器精度和必要的調整。該自動校準過程基於(yu) 對傳(chuan) 感器短暫加熱以及觀測測量的相對 濕度中的變化（與(yu) 溫度物理相關(guan) ）。如果該變化並非預期的變化，則算法將校正傳(chuan) 感器的靈敏度，因此保持幹燥測量條件的精度，而這至關(guan) 重要。

DRYCAP® 傳(chuan) 感器的另一個(ge) 重要功能是清除功能。在鋰離子製造中，嚴(yan) 苛的化學條件將導致汙染物（主要是來自使用的溶劑的碳氫化合物）擴散進入傳(chuan) 感器聚合物中。傳(chuan) 感器汙染可能導致靈敏度中不可逆的變化，而這最終無法通過校準來進行補償(chang) ，並且導致傳(chuan) 感器故障。

該清除功能短暫對傳(chuan) 感器進行加熱，以便從(cong) 聚合物中去除易失性汙染物。該功能可以手動啟動或自動啟動，並且可以對清除間隔進行調整以適合操作環境。

維薩拉露點測量產(chan) 品係列包括針對與(yu) 鋰離子電池製造相關(guan) 測量的若幹選項，產(chan) 品涵蓋從(cong) 適合設備製造商的小巧的緊湊型變送器到具有不同選件和附件的堅固的行業(ye) 現場儀(yi) 表，並且這些產(chan) 品都提供針對輸出和安裝的不同選項。通過與(yu) 手持式設備兼容，可以輕鬆地執行現場抽檢和校準驗證。