锂离子电池的电解液生产自动化控制应用研究

锂离子电池的电解液生产自动化控制应用研究

姜鹤琦

浙江天硕氟硅新材料科技有限公司 浙江 衢州 324000

摘要：在锂离子电池生产期间，作为其中最为重要的组成部分之一，锂离子电池的电解液不仅可以提供介质，供离子传递使用，还对锂离子电池的性能具有直接影响，能够保障电池的使用安全。因此，在锂离子电池生产过程中，打造高质量的电解液工艺生产流程具有关键作用，需要加强对各环节的严格控制，为电池质量提供基本保障，有效延长电池的使用周期。随着锂离子电池需求的不断增长，电解液生产的重要性日益凸显。本文聚焦于锂离子电池电解液生产的自动化控制应用，探讨电解液的组成与作用，根据电解液生产工艺流程，结合常见的自动化控制技术，总结锂离子电池电解液生产自动化控制的关键环节，目的在于提升电解液生产的综合性能，为锂离子电池行业的发展提供参考与借鉴。

关键词：锂离子电池；电解液生产；自动化控制；生产效率；质量稳定性

引言：锂离子电池作为现代能源存储的重要技术，广泛应用于多个领域。而电解液作为锂离子电池的关键组成部分，其质量和性能对电池整体表现有着至关重要的影响。传统的电解液生产方式在面对日益增长的市场需求和高质量要求时，逐渐暴露出一些局限性，将自动化控制引入电解液生产过程具有重大意义，不仅可以提高生产的精确性和一致性，还能有效降低成本、减少人为因素干扰，从而实现电解液生产的高效化、智能化和可持续发展。因此，探究自动化控制在锂离子电池电解液生产中的具体应用和成效，对促进行业的进一步发展具有现实指导意义。

1.锂离子电池电解液概述

1.1电解液的组成与作用

在锂离子电池中，作为供离子顺利传输的关键载体，电解液通常是由锂盐和有机溶剂共同组成。在锂电池正和负极之间，电解液能够发挥离子传导的作用，能够促使电池的电压随之升高，并可以发挥其高的比能优势。电解质中通常包含高纯度的有机溶剂，以及各种原材料，例如电解液锂盐和必需的添加剂。在一定的条件下，原材料必须按一定的比例混合，才能得到锂离子电池的电解质。

在锂离子电池中，高氯酸锂、 六氟磷酸锂等属于主要的电解质类型。其中，在电池制作期间，对于高氯酸锂的运用，难以形成良好的低温效果，甚至存在一定的爆炸风险。在日本、美国等国家，已禁止对高氯酸锂的使用。在使用含氟锂盐制作电池时，有着较好的性能，并且不存在爆炸的危险，有着较强的适用性。尤其是对六氟磷酸锂的使用，在制作锂离子电池时，除了包括上述几种优点之外，还能够简化废弃电池的处理流程，属于生态环境友好型的原料，因此为锂离子电池电解质的应用提供了广阔的市场前景[1]。

1.2电解液生产工艺流程

1.2.1配方调配

根据生产需求将原料准备好后，需要结合不同的制备要求，在配备溶剂时，需要选择合适的种类，且浓度适宜，盐类的种类、浓度等，均需要做好调配，在不同的应用场景中，均需要满足不同的需求。在调配配方时，应确保原材料质量达标，通过严格控制，增强产品稳定性与可靠性。

1.2.2混合

在混合各类原材料时，需要确保混匀，并加强对混合温度、时间等参数的控制。

1.2.3过滤

通过过滤混匀后的电解液，将其中的杂质全部去除，所留存的组分以溶剂和盐类为主，且满足高质量的要求。在过滤时，一般可以采用真空过滤法或者压力过滤法。

1.2.4包装

在包装电解液时，可以运用进口PE瓶、PP瓶，或者使用玻璃瓶。部分电解液为量产环节得到，此类产品可以采用密封包装，并且需要做好气密性测试，为产品品质提供保障。

2.常见的自动化控制技术

计算机自动控制。在控制过程中，随着计算机的参与，需要加强计算机系统与被控制对象之间的联系，确保整个控制过程能够实现自动化。其中，涉及的领域主要包括自动化、控制理论、计算机科学等，所运用的控制形式有直接数字控制、监督计算机控制等。

半自动与全自动化。作为自动化控制技术中的基本分类，对于全自动化技术的使用，在整个生产过程中，不需要人工的干预。在半自动化生产期间，部分情况下可能需要人工的参与，或者介入其中某个步骤[2]。

CNC（计算机数控）系统。在数控机床中运用CNC系统，作用于机械加工过程，通过控制计算机数值，实现自动化的目标。在预设程序后，CNC系统在控制机床运动时更加精确，能够满足高精度的加工需求。

PLC（可编程逻辑控制器）系统（如图所示）。在工业自动化控制过程中，PLC设备的运用比较广泛，在控制生产设备时，一般会将预定的程序作为参考，或者在相关指令的引导下实施控制作业。PLC系统的灵活性较强，在运行时比较可靠，所以能够直接用来替代传统机械，或者在淘汰传统电气控制组件时，投入并使用PLC系统。

图PLC（可编程逻辑控制器）系统

工业控制系统。在工业生产期间，运用工业控制系统监控各种参数，如温度、压力、流量等，并且能够实现对设备的有效控制，其中包括多个子系统，作用于整个生产过程，管理与控制能够实现集中化目标。

FCS（现场总线控制系统）。作为现代化工业控制系统，在连接现场设备和控制系统时，借助现场总线技术，数据的传输具有实时性，能够在远程监控或者控制设备。系统具有高集成化和高灵活性，在各种复杂工业环境中均能够发挥适应性。

3.锂离子电池电解液生产自动化控制的关键环节

3.1锂离子电池电解液自动称重配料控制系统

锂离子电池电解液自动化称重配料控制系统具有高可靠性，联锁功能设置在系统中的上下级设备之间，且功能强大，确保生产运行持续保持稳定，通过加强维护，保障实际生产安全。

在锂电池材料自动称重配料系统生产线中，对于原料的投加能够合理规避粉尘外溢的现象，采用管道式气力输送原料，基于清洁环保的配料系统，喂料机构具有高精度的特点，基于自动化无人操作形式，依然可以确保配料的精准性，为批量化生产提供了安全、可靠的支持。

采用电脑全自动控制的形式，尽管无需值守，也可以保障生产精度，控制效率随之提升。控制系统的操作具有可靠性和便利性，基于直观显示，利用其中配备的故障报警系统，在同步加装打印机时，可以打印并量产相关数据。

防雷保护装置的设置，一种是在系统中的传感器，另一种是在行程开关的输入和输出上。该系统仪器具有参数备份、在线更换、手动检测等诸多优点，极大地方便了设备的报警运行。例如，限定过限警报、锂电池电解质称量模块的超限警报、极限警报等。该系统的警报输出可以在画面上闪现，在对话框中进行提示，并对报警事件进行自动存储和打印，可以播放一个或者多个提示音，且报警提示声能够循环播放。

3.2反应过程参数监测与调控

在参数监测过程中，一般会针对温度、压力、液位、pH值、电导率、化学成分浓度等。反应温度的适宜性，能够促进反应速率的提升，为产物质量提供保障，通过实时监测，使其处于合适范围内。压力出现变化时，能够反映出实际的反应进程，并掌握设备的运行状态。通过精准掌握原料罐和反应釜内部的液位情况，能够保障生产连续性和稳定性。部分生产过程需要涉及酸碱反应，因此需要加强pH值监测。电导率能够反映电解液的离子浓度和纯度等情况，化学成分浓度中包括电解质盐、溶剂等浓度，因此需要保障配比准确性。

在锂离子电池电解液生产自动化控制中，针对反应过程有着一系列的参数调控措施，其中温度调控是通过如换热器、加热套等加热或冷却装置来调节温度。压力控制则利用压力调节阀等，对反应釜内的压力进行控制。流量控制是借助精确的流量控制阀，调整原料的添加速率，从而确保反应按既定比例进行。pH值调节是通过加入酸碱调节剂，将pH值调整至合适范围。同时，在线分析与反馈是利用在线分析仪器实时获取参数信息，并依据反馈及时调整相关控制参数，以实现闭环自动控制。此外，应急处理机制的设计，是当监测到异常参数时，通过及时启动应急预案，如停止反应、报警等，从而避免不良后果的出现。

3.3电解液生产过程控制

3.3.1溶剂卸料

运料需要运用槽车，在卸料过程中使用卸车鹤管，并保障鹤管顺利接地。在溶剂上和卸料口的位置分别设置了二维码和RFID码，需要通过两次核对加以确认。在动作期间，储罐的液位、卸料泵以及卸料循环泵共同参与，形成的逻辑关系具有连锁性，能够自动选择联动控制动作，如通过自动筛选卸料的储罐、自动连锁此时卸料浸灌的切断阀产生动作，液位升高时能够自动连锁停止进料，若机泵过载也会自动连锁停止，避免出现人为错误，保障卸料过程的安全[3]。

3.3.2溶剂精制

在溶剂原料取样时，水的质量分数不超过6.0×10-5能够满足配液的要求。在质量分数大于6.0×10-5的情况下，需要对溶剂实施循环脱水脱醇处理，借助分子筛，每间隔六十分钟需要实施一次检测，确认合格之后停止脱水。当经过循环脱水脱醇处理后，再次进行取样检测，确保水的质量分数确实降低至规定标准以下。通过严格把控，才能保证后续配液过程的顺利进行，确保配液质量的稳定与可靠，从而为产品的生产和品质提供有力保障。

3.3.3电解液配置

在配制液体前，要掌握包装要求，产品型号，订单总质量，每桶产品的净质量，需要提前调用配方数据或手工建立新的配方材料明细表。通过对上、下批次的原料进行比对，并根据相关数据，实现对灌装桶数量及桶编号的自动选取。立体库的仓库管理自动化系统需要接收上述信息，按照配液的总质量自动算出所需要的桶数，结合清单表中的物料顺序自动开启精制罐出液阀、精制泵，与溶剂原料一一对应，并且能够自动定量地添加液体溶剂物料。

结束语：通过对锂离子电池电解液生产自动化控制的深入研究与实践，可以看出自动化控制的应用能够有效解决传统生产模式下的诸多问题，提升生产效率与产品质量，为锂离子电池产业注入了新的活力。通过持续的技术创新和跨领域合作，进一步完善和优化电解液生产的自动化控制系统，以适应不断变化的市场需求和技术发展趋势，推动锂离子电池行业迈向更高水平的发展。

参考文献：

[1]陈文旭,谢欢.锂离子电池的电解液生产自动化控制应用探索[J].石油化工自动化,2023.

[2]徐颖栋.锂电池电解液生产中的精确定量控制[J].山东工业技术,2022,(18):2-4.

[3]胡念,付成华.锂离子电池用电解液及含该电解液的锂离子电池:CN201210210562[P].CN102694207A[2024-06-20].