梅特勒-托利多水分含量測定和熱分析技術(shù)測定解決方案

摘要

在高精度要求的實驗室場景，梅特勒-托利多水分含量測定和熱分析技術(shù)測定解決方案，可充分保證研發(fā)過程中水分及熱量的準(zhǔn)確判定，提升研發(fā)效率及產(chǎn)品控制。

動力電池智能制造趨勢下，電池生產(chǎn)效率及品質(zhì)管控變得十分重要，要實現(xiàn)各個工序不出差錯，精密儀器的檢測不可忽視。

尤其在極片水分測量、前驅(qū)體絡(luò)合過程pH值測量、材料稱重、電池注液等鋰電池生產(chǎn)過程的多個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，測量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度直接影響了產(chǎn)品性能和生產(chǎn)效率。

目前，市面上應(yīng)用廣泛且口碑較好的精密儀器解決方案企業(yè)中，梅特勒-托利多就是典型代表。

梅特勒-托利多是行業(yè)領(lǐng)先的精密儀器及衡器制造商與服務(wù)提供商，產(chǎn)品應(yīng)用于實驗室、制造商和零售服務(wù)業(yè)。梅特勒-托利多提供貫穿客戶價值鏈的稱重、分析和產(chǎn)品檢測解決方案，幫助客戶簡化流程、提高生產(chǎn)率、確保產(chǎn)品符合法律法規(guī)要求以及優(yōu)化成本。

梅特勒-托利多提供貫穿鋰離子電池行業(yè)的解決方案，可有效解決鋰電客戶難題，助力電池企業(yè)高效、便捷的生產(chǎn)與研發(fā)。

在高精度要求的實驗室場景，梅特勒-托利多水分含量測定和熱分析技術(shù)測定解決方案，可充分保證研發(fā)過程中水分及熱量的準(zhǔn)確判定，提升研發(fā)效率及產(chǎn)品控制。

在環(huán)境復(fù)雜的電池產(chǎn)線上，針對前驅(qū)體絡(luò)合、正負極材料包裝、電池注液、材料配比稱重等多個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，梅特勒-托利多擁有反應(yīng)釜在線分析測量解決方案、正極材料包裝解決方案、數(shù)字式稱重配料解決方案、電池注液高精度檢重解決方案等多個解決方案，全方位助力電池高效生產(chǎn)，并提供強有力的質(zhì)量檢測保障。

水分含量測定解決方案

水分含量是鋰電池生產(chǎn)控制中十分重要的指標(biāo)。控制不當(dāng)不僅影響正負極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，降低電池容量、減少電池的循環(huán)使用次數(shù)，水分還可能與電解液反應(yīng)生成有害氣體，引起電池變形等更嚴重后果。

梅特勒-托利多為鋰電池行業(yè)量身定做的水分測定解決方案，參考國標(biāo)GB/T 6283化工產(chǎn)品中水分含量的測定——卡爾費休法（通用方法），C30S庫侖法水分儀搭配Inmotion KF加熱爐精準(zhǔn)測定鋰電池材料各部件水分含量。

其中C30S的溶劑管理器可監(jiān)測試劑參數(shù)、一鍵更換溶劑，使滴定杯始終處于良好的狀態(tài)。并在任何時候溶劑管理器都可以自動排廢液，加液或更換溶劑，對使用者進行全面的保護。

Inmotion KF加熱爐自動進樣器在25cm的平臺上支持多達26個樣品位，樣品瓶體積有5mL、10mL、20mL可選，并支持個性化定制。而溫度掃描功能可自定義起始溫度、升溫速率和結(jié)束溫度，一鍵獲取未知樣品的理想加熱溫度，加快研發(fā)流程。

有必要指出的是，在鋰電池極片分切的前道工序還包括漿料勻漿涂布、極片烘干輥壓等，其水分含量需在生產(chǎn)現(xiàn)場確認水分含量達到工藝要求，否則要及時調(diào)整產(chǎn)線運行。為此，對極片水分取樣及檢測的快速及準(zhǔn)確成為保證生產(chǎn)線高效運行的必要因素。

梅特勒-托利多針對性推出HX204快速水份測定儀。其采用創(chuàng)新型懸掛式稱量技術(shù)，讓儀器擁有高達10ppm可讀性的水份檢測精度，并在數(shù)分鐘內(nèi)對電池的正、負極極片進行水份含量測定。不僅生產(chǎn)工藝得到了嚴格執(zhí)行，還兼顧到了生產(chǎn)效率，讓極片生產(chǎn)變得更從容不迫。

此外，該快速水份測定儀對于操作人員的要求和門檻并不高，這對于人員流動性相對較高的用工企業(yè)極具吸引力。

熱分析技術(shù)解決方案

鋰電池反復(fù)充放電過程中，正負極材料結(jié)構(gòu)與熱穩(wěn)定性均在變化。一旦材料熱失控容易引發(fā)電池?zé)崾?，因此對鋰電池的熱穩(wěn)定研究顯得尤為重要。

梅特勒-托利多熱分析儀致力于幫助客戶提高研發(fā)效率和質(zhì)量控制。其熱分析技術(shù)（DSC、TGA/DSC等）可提供鋰電池正負極材料的熱分解溫度、組分分析、放熱焓值等信息，為鋰電材料的研發(fā)和測試提供指導(dǎo)性建議。

DSC可對正/負極材料以及按特定比例縮小的全電池置于特定的DSC高壓坩堝中進行測試。同時可快速準(zhǔn)確地研究電池材料熱失控溫度、放熱焓值和放熱速率，另據(jù)了解，其還能檢測不同充電狀態(tài)負極材料的熱穩(wěn)定性，進行不同工藝電池?zé)崾Э匦袨榈难芯康取?/p>

圖中為使用同步熱分析TGA/DSC3+對滿電態(tài)三元正極材料的測試結(jié)果顯示，充電后的三元材料在約200℃就發(fā)生了結(jié)構(gòu)坍塌，之后伴隨著分解反應(yīng)，在DSC曲線上該過程顯示為先放熱后吸熱。繼續(xù)加熱后又出現(xiàn)結(jié)構(gòu)坍塌和三元材料的繼續(xù)分解。

同步熱分析儀TGA/DSC3+

TGA/DSC3+出色的靈敏度和分辨率可在測試時對連續(xù)地吸放熱過程進行監(jiān)測，且表現(xiàn)出平坦的基線。此外，同步熱分析還可用于研究不同充電狀態(tài)下正極材料的熱穩(wěn)定性，以及對連續(xù)充放電若干次后的鋰電池進行測試。

反應(yīng)釜在線分析測量解決方案

三元前驅(qū)體以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料，沉淀過程控制最佳PH值可確保產(chǎn)品粒徑分布均勻、振實密度高、性能優(yōu)異等，反之材料吸水嚴重形成漿液，不便于處理，且電池性能差。

但當(dāng)前前驅(qū)體絡(luò)合過程中，物料漿液易粘附在PH傳感器玻璃敏感膜表面，甚至形成顆粒堵塞隔膜孔，嚴重影響測量的準(zhǔn)確性，并造成PH傳感器在該過程的維護復(fù)雜，且影響生產(chǎn)進度。

梅特勒-托利多針對性研發(fā)過程分析用PH傳感器和參數(shù)變送器，可適應(yīng)各種嚴苛工況，最大限度減少維護，提高過程測量的可靠性，有效解決上述難題。

在線pH分析儀：M400變送器和在線pH傳感器

如，ISM智能傳感器管理具備高級診斷功能，可顯示傳感器剩余使用壽命、維護時間，實現(xiàn)按需維護；鈦材傳感器的鈦材電極桿設(shè)計堅固可靠，避免意外折斷而污染高價值原料；而伸縮式保護套無需中斷工藝過程就可拆裝傳感器，可實現(xiàn)傳感器自動清洗校準(zhǔn)，減少人工干預(yù)等。

此外，反應(yīng)釜內(nèi)氧氣含量測量，可提高前驅(qū)體質(zhì)量，并通過電導(dǎo)率判斷前驅(qū)體分離效率，避免物料浪費。

正極材料包裝解決方案

作為正極材料生產(chǎn)的最后一個環(huán)節(jié)，正極材料包裝對最終成品的質(zhì)量和損耗至關(guān)重要。

而三元前驅(qū)體、三元材料、磷酸鐵鋰等正極材料大都為粉體物料，粒徑小、物料輸送難精確控制、粉塵控制難度高等，對自動化包裝技術(shù)要求較高。此外，正極材料包裝中存在四大難題待解。

一是物料不可接觸鐵、銅、鉻、鋅、銀等金屬雜質(zhì)；二是物料本身價值高，對包裝精度要求高；三是物料對環(huán)境及人體健康有一定負面影響；四是部分物料生產(chǎn)工藝中含氣體，傳統(tǒng)工藝無法有效控制和處理。

針上述難題專業(yè)，梅特勒-托利多在粉體自動包裝技術(shù)基礎(chǔ)上，提供鋰電池正極材料成品包裝的定制化解決方案DCS-50-VS、DCS-1000-VS包裝秤及ABM-50G-VS全自動包裝秤，并能根據(jù)客戶不同的現(xiàn)場需求及使用習(xí)慣提供多種規(guī)格和型號。

據(jù)介紹，梅特勒-托利多正極材料成品包裝解決方案能夠充分利用技術(shù)優(yōu)勢，實現(xiàn)高精度的自動化包裝；同時采用垂直螺旋輸送、袋底放料等技術(shù)降低物料落差，最大限度減少現(xiàn)場粉塵，保護現(xiàn)場人員身體健康，降低物料損耗。其創(chuàng)新設(shè)計的負壓微孔管脫氣系統(tǒng)可以將物料中氣體有效分離，不僅減少包裝袋容積要求，且包裝成品密實平整等。

數(shù)字式稱重配料解決方案

梅特勒-托利多獨有的數(shù)字式稱重配料解決方案為客戶實現(xiàn)高精確性、高可靠性的稱量稱重，最大限度地減少物料浪費并提高批次配料量。

該解決方案可實現(xiàn)C10高精度配料稱重、傳感器智能預(yù)診斷功能、無接線盒及電纜插拔式設(shè)計、Cal Free Plus技術(shù)數(shù)字免標(biāo)定、維護簡單快捷并安裝快速方便等。

有必要指出的是，上述正極材料包裝解決方案中的稱重單元采用正是梅特勒-托利多專用包裝稱重儀表和C6等級傳感器或稱重模塊，針對有極高精度要求的包裝要求還可選配采用梅特勒-托利多電磁力傳感器的高精度稱重單元，精度等級可達0.01%。

電池注液高精度檢重解決方案

高精度電磁力稱重模塊結(jié)構(gòu)緊湊易于集成，極快的響應(yīng)速度，帶有內(nèi)部校正功能，可滿足高精度高速度的自動化檢重應(yīng)用（精度最高至0.1mg）。

梅特勒-托利多解決方案稱重精度準(zhǔn)確，最高可達0.1mg，其結(jié)構(gòu)緊湊，最窄尺寸可達到25mm，并同時能快速且穩(wěn)定的稱重，提高生產(chǎn)效率。此外，該解決方案還具備可繼承性，方便企業(yè)安裝。