《儲能材料與器件智能制造技術(shù)》1.濕法工藝在精密芯片的納米級電路刻蝕中，在鋰電池電極材料的均勻涂布里，在陶瓷釉面的細膩成型過程中，有一種看似傳統(tǒng)卻蘊含尖端技術(shù)的制造方式——濕法工藝，正悄然發(fā)揮著關(guān)鍵作用。從電子信息、新能源到生物醫(yī)藥等前沿領(lǐng)域，濕法工藝憑借溶液環(huán)境下的精確操控能力，實現(xiàn)材料的合成、加工與改性，以“潤物細無聲”的方式塑造著產(chǎn)品的性能與品質(zhì)。它既承載著千年陶瓷燒制的傳統(tǒng)智慧，又融合現(xiàn)代納米科技的創(chuàng)新突破，成為連接材料科學(xué)與工業(yè)制造的重要橋梁。鎳鈷錳酸鋰是一種重要且應(yīng)用廣泛的鋰離子電池正極材料，鎳鈷錳酸鋰通常由氫氧化鎳鈷錳與鋰源混合煅燒而得到。氫氧化鎳鈷錳即三元前驅(qū)體。三元前驅(qū)體的品質(zhì)(形貌、粒徑、粒徑分布、比表面積、雜質(zhì)含量、振實密度等)直接決定了最后燒結(jié)產(chǎn)物的理化指標。因此三元前驅(qū)體的質(zhì)量對最終產(chǎn)品三元材料至關(guān)重要，氫氧化鎳鈷錳生產(chǎn)采用的是濕法工藝。工業(yè)上常用液相沉淀法合成三元正極前驅(qū)體氫氧化鎳鈷錳。具體生產(chǎn)方法是先將硫酸鎳、硫酸鈷和硫酸錳配制成一定比例的混合金屬鹽溶液，加入氨水作為配位劑，在一定溫度、pH值、攪拌強度等條件下，加入氫氧化鈉溶液，生成氫氧化鎳鈷錳沉淀。經(jīng)陳化、洗滌除雜、液固分離、烘干、混料等過程得到三元正極前驅(qū)體。氫氧化鎳鈷錳的生產(chǎn)的基本原理是氫氧根離子和鎳鈷錳離子結(jié)合生成金屬氫氧化沉淀。若直接用OH－沉淀金屬離子，則由于鎳鈷錳氫氧化物溶度積小，溶液過飽和程度高，晶體成核快，沉淀速度快，容易形成膠體，形貌不易控制。從表可知，Mn(OH)2溶度積比Ni(OH)2和Co(OH)2大兩個數(shù)量級。直接用金屬鹽與堿反應(yīng)難以實現(xiàn)均勻的共沉淀，因此在三元前驅(qū)體合成時需要用氨與鎳鈷離子形成配合物，使三種游離金屬離子的濃度大體相同，從而使三種金屬離子以同一速度沉淀，形成成分均勻的沉淀。硫酸鈷、硫酸錳、硫酸鎳、純水氫氧化鈉、純水液氨、純水配

液配

液配

液合成反應(yīng)陳

化過濾、洗滌干

燥混

批篩分除鐵三元前驅(qū)體鐵渣純水某廠三元前驅(qū)體生產(chǎn)工藝流程如下根據(jù)產(chǎn)品型號計算金屬鹽配比，稱取鎳鈷錳金屬鹽原料與純水一起加入至配料釜中，攪拌溶解，配制成金屬鹽溶液，檢測溶液中鎳、鈷、錳含量和各項雜質(zhì)指標是否合格。如某金屬指標含量偏低，則添加該指標硫酸鹽的量，直至溶液中各金屬比例達到合格指標范圍，然后投加純水稀釋至指定濃度，攪拌30min后過濾，泵入儲罐中備用。泵入一定體積的純水到堿配制槽中，然后泵入液堿，開啟循環(huán)泵使溶液循環(huán)均勻待用，控制堿液濃度為5~8mol/L,過濾后泵入儲罐中。用液氨和純水調(diào)配成15%的氨水，隨后與回收氨水配制成10±0.2mol/L的氨水溶液。往合成反應(yīng)釜中加入一定體積的純水及氨水作為底液，淹沒攪拌槳葉。為避免堿性條件下Mn2＋被氧化，通入氮氣置換反應(yīng)釜中的空氣。然后開啟攪拌裝置，開啟升溫裝置對反應(yīng)釜加熱，控制溫度50～60℃。通過蠕動泵加入液堿至設(shè)定pH值。然后開啟料液計量泵，同時往反應(yīng)釜內(nèi)以一定流量（200~300L/h）同時加入金屬溶液，堿溶液（50~100L/h）和氨水（5~15L/h）。反應(yīng)過程通入氮氣進行防護，通過自動控制堿液流量維持沉淀所需的pH值。隨著原料的持續(xù)加入，形成的漿料不斷送入下一道工序。三元前驅(qū)體的沉淀反應(yīng)是三元前驅(qū)體制備的核心步驟，它的實質(zhì)是共沉淀反應(yīng)，即Ni2+、Co2+、Mn2+和OH－一起沉淀形成均勻的復(fù)合的M(OH)?(M代表Ni、Co、Mn),其中Ni(OH)?和Co(OH)?的沉淀平衡常數(shù)很大，它們的沉淀速率幾乎是Mn(OH)?的100倍以上。如果直接讓Ni2+、Co2+、Mn2+與沉淀劑反應(yīng)，顯然沉淀速率過快，且無法達到共沉淀的要求。NH3與Ni2+、Co2+的配合物穩(wěn)定常數(shù)比Mn2+的大得多。當(dāng)加入氨水后，NH3與Ni2+、Co2+、Mn2+生成配合物。配合物的形成不僅使Ni2+、Co2+、Mn2+的沉淀速率降低了，而且還使Ni2+、Co2+、Mn2+沉淀速率降低為同一數(shù)量級，從而使三種金屬離子達到共沉淀的要求。氨水在三元前驅(qū)體共沉淀體系中起著至關(guān)重要的作用，在三元前驅(qū)體共沉淀過程中，氨水可以保證Ni2+、Co2+、Mn2+均勻而緩慢地沉淀，得到致密的沉淀顆粒產(chǎn)物。三元前驅(qū)體沉淀反應(yīng)方程式如下：在8＜pH＜10范圍內(nèi)，共沉淀體系的過飽和度隨pH值的上升而不斷減小，晶體成核速率變慢，晶體生長速率則加快，所得晶粒尺寸不斷增大；而10＜pH＜12范圍內(nèi)，共沉淀體系的過飽和度隨pH值的上升而不斷增大，所得晶粒尺寸也就隨之不斷減小。當(dāng)反應(yīng)體系的pH＝11時，沉淀產(chǎn)物形貌單一，球形度好，粒度分布窄，振實密度高，有利于提高正極材料的電化學(xué)性能。反應(yīng)完的三元前驅(qū)體漿料經(jīng)反應(yīng)釜溢流口流入陳化槽，保溫靜置一段時間，這個過程稱為陳化。陳化的目的是使沉淀顆粒結(jié)晶完整，使溶液里未反應(yīng)物得到充分的反應(yīng)，在陳化過程中，沉淀物的孔隙結(jié)構(gòu)和表面積也會發(fā)生相應(yīng)的變化。將陳化后的漿料泵入離心機或壓濾機中過濾，實現(xiàn)三元前驅(qū)體濕料(含水率~40%)與沉淀母液的初步分離。在洗滌階段，打開離心機上的純水閥門，用50～70℃的純水洗滌濕物料，每次洗滌純水用量大約為2m3純水/噸三元前驅(qū)體，直至洗水呈中性，此時Na＋、SO42－已基本洗滌除去。洗滌完成后，對離心機內(nèi)的物料進行高速甩干，一般15~20min即可將濕料水分甩干至15%以下。離心機刮下的濕物料投入盤式干燥機進行干燥，在盤式干燥機內(nèi)用蒸汽間接加熱方式對物料進行干燥，從干燥機中出來的物料含水率低于1.5%。對干燥后物料進行篩分，少量篩上物作為原料返回至酸溶工段。對篩下料取樣檢測鎳、鈷、錳三種金屬元素的比例及粒度等品質(zhì)。由于金屬鹽原料含有微量的鐵，同時生產(chǎn)過程中機械設(shè)備的磨損也會帶來少量的鐵進入物料中，鐵在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生一定富集，使用永磁除鐵機將物料中的鐵除去，產(chǎn)出鐵渣。鐵渣產(chǎn)生量約20kg鐵渣/萬噸產(chǎn)品。除鐵后的物料進入密閉包裝機進行包裝，得到三元前驅(qū)體成品。以下是濕法合成的三元前驅(qū)體的電鏡圖。盡管優(yōu)勢顯著，濕法工藝也面臨諸多挑戰(zhàn)。環(huán)境污染問題首當(dāng)其沖，大量使用的酸堿溶液和有機溶劑若處理不當(dāng)，易造成水體和土壤污染；部分工藝產(chǎn)生的廢液成分復(fù)雜，處理成本高昂。同時，溶液中的副反應(yīng)和雜質(zhì)引入可能影響產(chǎn)品純度，對工藝控制和設(shè)備密封性提出更高要求。此外，濕法工藝的生產(chǎn)效率相對干法較低，大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)存在一定難度。針對這些問題，行業(yè)正積極探索解決方案。研發(fā)綠色溶劑和環(huán)保型添加劑，減少污染排放；采用膜分離、離子交換等技術(shù)對廢液進行回收利用，實現(xiàn)資源循環(huán)；通過自動化控制系統(tǒng)和新型反應(yīng)器設(shè)計，提升工藝穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率。從古老的制陶技藝到現(xiàn)代的納米科技，濕法工藝始終以其獨特的溶液加工智慧，推動著人類制造水平的進步。它既是解決當(dāng)下材料制備難題的有效手段，也是探索未來新型材料的重要途徑。面對環(huán)保與效率的雙重挑戰(zhàn)，隨著綠色化學(xué)、智能控制等技術(shù)的深度融合，濕法工藝將不斷突破瓶頸，在更廣泛的領(lǐng)域發(fā)揮價值，持續(xù)為制造業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展注入活力，書寫材料制造的嶄新篇章。《儲能材料與器件智能制造技術(shù)》2.電解工藝在智能手機精密零部件的制造車間里，在新能源汽車動力電池的生產(chǎn)線上，在金屬冶煉的巨型廠房中，有一種神奇的工藝正悄然發(fā)揮著關(guān)鍵作用——電解工藝。它以電能為“魔法棒”，通過電流引發(fā)物質(zhì)的化學(xué)變化，實現(xiàn)金屬的提純、化合物的合成以及材料表面的改性，從微觀的納米涂層制備到宏觀的萬噸級金屬生產(chǎn)，電解工藝深度滲透于現(xiàn)代工業(yè)的各個領(lǐng)域。從19世紀電解法制鋁開啟金屬大規(guī)模應(yīng)用的新紀元，到如今在新能源、電子信息等前沿產(chǎn)業(yè)中持續(xù)創(chuàng)新，電解工藝始終是推動工業(yè)技術(shù)進步的核心力量，不斷重塑著人類制造的邊界。采用電解工藝生產(chǎn)的典型儲能材料有泡沫鎳、電解二氧化錳和電解銅箔等。鋰離子電池負極集流體通常使用的是銅箔。常用的鋰離子電池銅箔厚度為8~12μm，正在向6μm等更薄的方向發(fā)展。這種銅箔目前均采用電解法生產(chǎn)，稱為電解銅箔。銅線溶銅過濾生箔機空氣貧銅液銅箔清洗干燥電解銅箔電解銅箔的生產(chǎn)工藝電解銅箔生產(chǎn)第一步是溶銅。所用原料一般是細銅線，將細銅線投入到溶銅罐中，鼓入空氣，在氧氣作用下，銅與硫酸反應(yīng)生成硫酸銅溶液。溶銅后得到的硫酸銅溶液用硅藻土和活性炭過濾，除去雜質(zhì)，泵入儲罐。除雜后的CuSO4溶液從儲罐進入生箔機。生箔機是電解銅箔生產(chǎn)的最核心設(shè)備，電解銅箔即從生箔機生產(chǎn)出來。生箔機由陰極輥、陽極、整流系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)組成。生箔機結(jié)構(gòu)如圖所示。陰極輥為金屬材質(zhì)的圓筒形，可以繞中心軸旋轉(zhuǎn)。陰極輥材質(zhì)有銅-銀-不銹鋼表面鍍鉻，純鈦表面陰極輥等。輥筒一部分浸入電解液中。通電后銅離子在陰極輥上電沉積形成銅箔。隨著陰極輥上不斷形成銅箔，溶液中銅離子濃度下降。隨著陰極輥的旋轉(zhuǎn)，銅箔不斷被剝離，然后再經(jīng)水洗、干燥、并進一步進行表面處理后得到成品銅箔。陽極為半圓筒形凹槽，材質(zhì)通常為鈦涂貴金屬氧化物，與陰極間隔約1cm相對放置。在陽極上發(fā)生如下水的分解反應(yīng)。陽極反應(yīng)放出氫離子和氧氣，導(dǎo)致溶液酸度上升。酸度升高和銅離子濃度降低的溶液送往溶銅罐用作溶銅溶液。在整個生產(chǎn)流程中電解液是循環(huán)使用的，溶銅槽不斷溶銅生成硫酸銅溶液，硫酸銅送入過濾系統(tǒng)去除雜質(zhì)，經(jīng)熱交換器調(diào)整溫度后進入高位槽，通過高位槽將電解液送至生箔機，生箔機中消耗了銅離子，產(chǎn)出銅箔，同時也產(chǎn)出H＋和放出氧氣。酸度升高的溶液再回到溶銅槽用于溶銅。整個過程理論上只消耗銅，而不消耗酸。銅離子濃度控制在65g/L~100g/L為宜。生箔機中85%以上的電流靠氫離子傳遞，由含酸90g/L~140g/L的硫酸銅溶液電解的生箔質(zhì)量較好。低酸使銅箔材質(zhì)疏松，延伸率下降，含酸過高則使銅箔發(fā)脆，并增加對設(shè)備的腐蝕。提高電解液溫度可提高生箔機工作電流密度。溫度升高10℃，極限電流密度可提高10%。然而溫度提高會降低陰極極化作用，使結(jié)晶變粗，造成金屬箔電導(dǎo)率、彈性、硬度及強度下降，但延伸率會有所提高。生產(chǎn)中溫度一般控制在55℃~65℃。提高電流密度必須增加流速，以促進對流傳質(zhì)而降低濃差極化，獲得均勻的沉積物。提高電流密度是提高產(chǎn)量的重要措施，生箔機電流密度一般控制在3000~13000A/m2。高電流密度使電化學(xué)極化及濃差極化增大，生成晶核數(shù)目增加，銅箔結(jié)晶變細。往電解液中加入適量添加劑，可不同程度地加大陰極極化作用而抑制金屬的異常生長，有利于獲得致密的陰極沉積物。提高銅箔的彈性、強度、硬度和平滑感。添加劑的加入量必須適當(dāng)，若添加量過多，不僅槽電壓升高，而目生箔毛面出現(xiàn)條紋，銅箔變脆。由于添加劑的吸附，某些金屬雜質(zhì)，如砷、銻的兩性氧化物，還可能與表面活性物質(zhì)組成絡(luò)合物一起吸附于陰極上，因此添加劑寧可少加而不能多加。鈦輥表面的晶體結(jié)構(gòu)決定著電解銅箔結(jié)晶狀態(tài)。陰極表面光潔度高，晶粒細小，電解沉積的銅層就結(jié)晶細膩。陰極輥筒表面的晶格大小、形狀排列不同，電化學(xué)性質(zhì)、電極電位和超電壓也不同，表現(xiàn)出與電解液中雜質(zhì)和添加劑之間的電化學(xué)行為不同。金屬的表面狀態(tài)決定了它的電化學(xué)行為，在電解制造銅箔中，陰極表面始終是在變化的。鈦陰極輥在電解制造銅箔過程中，受到電化學(xué)過程的腐蝕，尤其是液溫偏高，電流密度偏大，溶液酸度高、銅低或循環(huán)量不足時，陰極輥腐蝕加快。陰極輥筒表面鈍化膜薄的電位較負，鈍化膜較厚的電位就較正，陰極輥筒表面鈍化膜厚薄不一樣，導(dǎo)致電流在鈦筒表面不能均勻分布。同時，鈍化膜厚薄不一樣，決定銅箔光面的粗糙度，影響銅箔基體組織結(jié)構(gòu)和毛面的粗糙度。當(dāng)表面腐蝕層增厚到一定程度時，銅箔表面就會發(fā)烏，不光亮，此時就應(yīng)該磨輥拋光。采用化學(xué)拋磨或機械研磨的方式進行磨輥拋光。由于邊緣效應(yīng)的影響，陰極輥筒邊部的銅箔比中間的厚，在分切時應(yīng)將邊部厚度較大的部分切除。從古老的金屬提純到現(xiàn)代的前沿材料制備，電解工藝始終以電能為紐帶，連接著科學(xué)理論與工業(yè)實踐。它不僅是推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級的重要引擎，更是助力新能源、新材料等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心動力。盡管面臨能耗與環(huán)保的嚴峻挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)的不斷突破和綠色發(fā)展理念的深入貫徹，電解工藝必將在優(yōu)化中實現(xiàn)蛻變。未來，它將以更高效、更清潔、更智能的姿態(tài)，持續(xù)為工業(yè)生產(chǎn)注入新活力，在全球產(chǎn)業(yè)變革的浪潮中，以電為墨，書寫屬于自己的壯麗篇章，為人類社會的可持續(xù)發(fā)展貢獻磅礴力量?！秲δ懿牧吓c器件智能制造技術(shù)》3.智能化稱重與配料隨著全球“雙碳”目標的推進，儲能技術(shù)成為破解可再生能源間歇性難題、穩(wěn)定能源供應(yīng)的關(guān)鍵。而儲能器件的能量密度、循環(huán)壽命、安全性等核心性能，很大程度上取決于材料的配方與配比精度。從鋰電池正負極材料的微量摻雜，到液流電池電解液的精確配制，傳統(tǒng)人工稱重與配料方式已難以滿足儲能材料對高精度、高一致性的嚴苛要求。智能化稱重與配料技術(shù)憑借自動化控制、精密傳感與智能算法，為儲能器件與材料生產(chǎn)裝上“智慧中樞”，以毫厘不差的精準度，推動儲能產(chǎn)業(yè)向高效、穩(wěn)定、可持續(xù)方向加速邁進，成為儲能技術(shù)突破的重要支撐力量。各種材料生產(chǎn)的第一步通常是各種原料的稱重與配料。各種儲存料倉的稱重計量、配料過程中的定量稱重、成品包裝計量等也涉及到物料的準確稱重與配料。部分廠家逐漸配備了智能化稱重與配料系統(tǒng)。智能配料系統(tǒng)集成了高精度動態(tài)稱重、數(shù)據(jù)傳輸、智能分析與控制等先進技術(shù)。它通過對原材料進行精準計量、配比和輸送，實現(xiàn)投配料過程的自動化智能化。系統(tǒng)由稱重給料機（配料秤）及控制系統(tǒng)組成。稱重給料機包括電子計量部分及輸送部分。在料倉下方安裝稱重給料機（配料秤），物料由進料口落到稱重給料機，物料在皮帶上運行時，其重量信號和速度信號送到稱重儀表。稱重儀表將載荷重量電信號和速度信號經(jīng)過運算和處理得出電子皮帶秤的瞬時流量和累計運料量，分別在稱重顯示器上顯示。配料系統(tǒng)實時采集和記錄配料過程中的數(shù)據(jù)，并通過上位機管理軟件進行統(tǒng)計分析和處理。這些數(shù)據(jù)為企業(yè)的生產(chǎn)決策提供有力的支持，進而幫助企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)流程、降低作業(yè)成本和提高生產(chǎn)效率。某公司一款智能稱重儀表可使用稱重儀表調(diào)節(jié)流量，儀表和變頻調(diào)速器形成閉環(huán)控制。稱重儀表內(nèi)置的智能軟件PID調(diào)節(jié)器對瞬時流量與設(shè)定流量進行實時比較后，輸出一電流信號，用來控制變頻器，進而控制給料機電機運行速度，從而達到調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)的流量的目的。智能稱重儀表可手動設(shè)置流量，也可通過計算機與儀表的雙向通訊設(shè)定配比。其調(diào)節(jié)過程如下：當(dāng)物料流量增大時，與流量成正比的調(diào)節(jié)輸出控制電流減少（即反向調(diào)節(jié)），控制輸出減少，給料量減少，反之亦然。如此形成一個閉環(huán)，反復(fù)調(diào)節(jié)并保持最佳控制狀態(tài)。工控機通過串行口與PLC進行通訊，工控機按配料工藝實際過程以動態(tài)畫面的形式反映上料、配料、送料及相關(guān)設(shè)備的運行狀態(tài)，可以根據(jù)運行數(shù)據(jù)作出控制狀態(tài)分析，用不同的顏色柱形圖反映系統(tǒng)的動態(tài)配料過程。根據(jù)運行數(shù)據(jù)工控機可以下達配比，并真實反映配料狀態(tài)。同時配料軟件還具備日報表、班報表等功能，給生產(chǎn)管理提供了方便。稱量設(shè)備的關(guān)鍵部件是稱重傳感器稱重傳感器是一種力傳感器，通過把被測量(質(zhì)量)轉(zhuǎn)化為另外一種被測量(電量)來測量質(zhì)量的力傳感器。稱重傳感器是電子衡器的重要組成部分，稱重傳感器把被測物體的重量轉(zhuǎn)化成電量，然后通過響應(yīng)的檢測儀表顯示物體的質(zhì)量。稱重傳感器的種類較多，主要有電阻應(yīng)變式、電容式、差動變動器式、壓磁式、壓電式振頻式、陀螺式等。其中電阻應(yīng)變式稱重傳感器是基于金屬絲在受拉或受壓后產(chǎn)生彈性形變，其電阻值也隨之產(chǎn)生相應(yīng)的變化這一物理特征實現(xiàn)的。傳感器直接輸出電壓信號通常很小，需要通過前端信號處理電路進行準確的線性放大。放大后的模擬電壓信號經(jīng)AD轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量被送入到主控電路的單片機中或PLC中，再經(jīng)過單片機或PLC控制譯碼顯示器，從而顯示出被測物體的重量。一種混料環(huán)節(jié)使用的自動稱量配料系統(tǒng)工作原理如圖所示。放料稱重傳感器信號放大PLC顯示定值設(shè)置驅(qū)動放料該系統(tǒng)由PLC控制稱重傳感器的稱重和比較，并輸出控制信號，執(zhí)行定值稱量，控制外部給料系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)，實行自動稱量和配料。系統(tǒng)采用PLC和A/D模數(shù)變換器等電子器件，觸摸屏作為定值配方設(shè)定輸入器，原料倉里的物料由螺桿輸送到稱量罐，物料重量使傳感器彈性體發(fā)生變形，輸出與重量成正比的電信號，傳感器輸出信號經(jīng)放大器放大后，輸入到PLC的A/D模塊進行轉(zhuǎn)換，經(jīng)過PLC運算控制，一方面顯示出瞬時物重，另一方面則進行稱重比較，開啟和關(guān)閉螺旋輸送加料口、放料于稱量罐中等一系列的稱重配料操作。配料系統(tǒng)能通過高精度傳感器和先進的稱重算法，確保物料計量的準確性與穩(wěn)定性。利用PLC自動化控制技術(shù)及自動輸送系統(tǒng)，配料系統(tǒng)能夠自動控制物料的輸送和配料過程，實現(xiàn)快速、準確的配料。在生產(chǎn)過程中還經(jīng)常需要加入液體物料，此時需要對液體流量進行測量和控制。由于流體密度是均勻的，因此只需控制流量即可控制液體的加入量。用閥門可以方便的開通和關(guān)閉流體的流動，因此對流體的計量控制比對粉體的計量控制更加簡單方便。有多種儀器進行流量測量，常見的有超聲波流量計、電磁流量計、渦輪流量計、轉(zhuǎn)子流量計等。有了流量計進行測量，再加上控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)就可以組成自動化的流體計量控制系統(tǒng)。自動流量控制系統(tǒng)由流量計、流量調(diào)節(jié)儀、調(diào)節(jié)閥（氣動調(diào)節(jié)閥或者電動調(diào)節(jié)閥）組成，可以完成現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中對流量值的全自動控制，響應(yīng)快，控制精度高，管理方便，性能可靠，廣泛適用于化工、石油、環(huán)保、冶金、給排水等行業(yè)。流量控制器通常包括一個調(diào)節(jié)閥門或控制裝置，通過改變閥門的開度調(diào)節(jié)流體進入或離開管道的開口大小來實現(xiàn)流量的控制。其基本原理是通過改變流體通過的通道截面積來調(diào)節(jié)流速。流量控制器電機控制器通訊口泵流量計控制閥M智能化稱重配料系統(tǒng)和自動流量控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)快速、準確的投配料和加入液體物料，減少物料浪費，降低原料成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，減少人工干預(yù)，降低勞動力成本，降低人為操作帶來的誤差和風(fēng)險，降低工人勞動強度，減少工人粉塵暴露。智能化生產(chǎn)系統(tǒng)還能通過實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，為企業(yè)提供精準的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，幫助企業(yè)改善生產(chǎn)工藝流程，制定更合理的生產(chǎn)計劃。在儲能器件與材料的創(chuàng)新征程中，智能化稱重與配料技術(shù)如同精準的“標尺”與智慧的“大腦”，以毫厘必究的嚴謹和智能高效的運作，為儲能產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展筑牢根基。從鋰電池的性能突破到新型儲能技術(shù)的探索，它貫穿生產(chǎn)研發(fā)的每一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，推動儲能產(chǎn)品向更高能量密度、更長壽命、更低成本邁進。盡管面臨技術(shù)與成本的雙重挑戰(zhàn)，但隨著與前沿科技的深度融合，智能化稱重與配料技術(shù)必將持續(xù)創(chuàng)新，為儲能產(chǎn)業(yè)注入澎湃動力，在全球能源轉(zhuǎn)型的浪潮中，助力開啟儲能技術(shù)的嶄新篇章?！秲δ懿牧吓c器件智能制造技術(shù)》4.濕法合成反應(yīng)在追求更高能量密度、更長循環(huán)壽命的儲能技術(shù)競賽中，儲能材料的性能升級成為破局關(guān)鍵。從提升鋰電池正極材料的穩(wěn)定性，到優(yōu)化電解液的導(dǎo)電性，傳統(tǒng)的材料制備工藝逐漸難以滿足日益嚴苛的需求。而濕法合成反應(yīng)，憑借在液相環(huán)境中對材料成分與結(jié)構(gòu)的精準調(diào)控能力，異軍突起。它能夠在溫和條件下實現(xiàn)原子級別的材料設(shè)計，從納米級顆粒的均勻合成，到復(fù)雜化合物的精確配比，為儲能器件與材料的研發(fā)和生產(chǎn)開辟了新路徑，正成為推動儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)革新的核心力量之一。鋰離子電池正極材料的生產(chǎn)主要采用“濕法制備前驅(qū)體—高溫固相合成”的工藝路線。濕法工藝最關(guān)鍵的工序是在反應(yīng)釜中進行濕法合成反應(yīng)。反應(yīng)溫度、pH值、物料停留時間、攪拌強度、陳化時間等因素都直接影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。鎳鈷錳三元材料是最重要的鋰離子電池正極材料之一。三元材料生產(chǎn)的第一步是合成三元前驅(qū)體。目前國內(nèi)外主流的鎳鈷錳三元材料前驅(qū)體生產(chǎn)采用的是氫氧化鎳鈷錳共沉淀工藝。該工藝是將鎳、鈷、錳混合溶液、沉淀劑、絡(luò)合劑（氨）等并流加入反應(yīng)釜中，在一定的條件下合成氫氧化鎳鈷錳沉淀，將沉淀洗滌、烘干、篩分、除磁后得到合格產(chǎn)品。三元前驅(qū)體的合成是在反應(yīng)釜中進行的典型的多組元水溶液共同沉淀反應(yīng)。合成反應(yīng)釜是三元前驅(qū)體生產(chǎn)中最核心的設(shè)備，反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)如圖所示。前驅(qū)體沉淀反應(yīng)過程是一個復(fù)雜的過程，需要控制的工藝參數(shù)有體系pH值，反應(yīng)溫度、鹽和堿的濃度、氨水濃度、鹽溶液和堿溶液加入速率等。其中體系的pH值控制至關(guān)重要。pH值對沉淀顆粒的形貌、粒徑及其分布具有顯著影響。通過調(diào)節(jié)pH值可以控制一次晶粒和二次顆粒的形貌。pH值偏低利于晶粒長大，得到偏大的一次晶粒，二次顆粒易團聚成異形。pH值偏高，利于晶核形成，一次晶粒細小，二次顆粒球形度高。若反應(yīng)過程中pH波動幅度過大，出現(xiàn)pH值過高或過低的情況，會使產(chǎn)品品質(zhì)下降，因此反應(yīng)釜中水溶液的pH值是最關(guān)鍵的控制參數(shù)，pH值波動范圍不應(yīng)超過±0.05。為準確控制溶液pH值、溫度、流量等工藝參數(shù)，需要采用自動控制技術(shù)。1、pH值的自動控制由于堿—氨水混合溶液和金屬溶液是不斷加入的，同時又有絡(luò)合反應(yīng)和沉淀反應(yīng)的發(fā)生，pH值受到多種因素的影響，使得pH值控制較為復(fù)雜。通過固定一種溶液的流量，調(diào)節(jié)另一種溶液的流量就能比較容易的控制pH值。采用閉環(huán)控制系統(tǒng)控制pH值。閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)被控對象的輸出（被控制量）會反饋回來影響控制器的輸出，從而形成閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負反饋，若反饋信號與輸入信號相反為負反饋，若反饋信號與輸入信號相同則為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負反饋，當(dāng)輸出值偏離期望值時，負反饋使系統(tǒng)產(chǎn)生補償，使輸出趨近于期望值。在pH控制系統(tǒng)中，采用具有PID調(diào)節(jié)的儀表或者帶PID控制的可編程程序控制器來實現(xiàn)閉環(huán)控制，可以較好地滿足系統(tǒng)pH值穩(wěn)定的要求。PID控制是連續(xù)控制系統(tǒng)中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的控制方式。具有以下優(yōu)點：理論成熟算法簡單控制效果好易于掌握1、pH值的自動控制PID控制器是一種線性控制器，它是對給定值r(t)和實際輸出值y(t)之間的偏差，經(jīng)比例（P）、積分（I）和微分（D）運算后通過線性組合構(gòu)成控制量u(t)，系統(tǒng)由模擬PID控制器和被控對象組成，其控制系統(tǒng)原理框圖見圖3-24，圖中u(t)為調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)節(jié)量。＋＋＋y(t)u(t)r(t)e(t)－＋比例P積分I微分D驅(qū)動控制對象1、pH值的自動控制PID控制規(guī)律如下式：式中，Kp為比例系數(shù)；Ti為積分時間常數(shù)；Td為微分時間常數(shù)。1、pH值的自動控制PID控制器各環(huán)節(jié)的作用及調(diào)節(jié)規(guī)律如下成比例地反映控制系統(tǒng)偏差信號的作用，偏差e(t)一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。比例環(huán)節(jié)反映了系統(tǒng)對當(dāng)前變化的一種反映。比例環(huán)節(jié)不能徹底消除系統(tǒng)偏差，系統(tǒng)偏差隨比例系數(shù)K的增大而減少，比例系數(shù)過大將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。比例環(huán)節(jié)表明控制器的輸出與偏差持續(xù)的時間有關(guān)，即與偏差對時間的積分呈線性關(guān)系。只要偏差存在，控制就要發(fā)生改變，實現(xiàn)對被控對象的調(diào)節(jié)，直到系統(tǒng)偏差為零。積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)，積分時間越大，積分作用越弱，易引起系統(tǒng)超調(diào)量加大，反之則越強，易引起系統(tǒng)振蕩。積分環(huán)節(jié)1、pH值的自動控制PID控制器各環(huán)節(jié)的作用及調(diào)節(jié)規(guī)律如下對偏差信號的變化趨勢(變化速率)做出反應(yīng)，并能在偏差信號變得過大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速率，減少調(diào)節(jié)時間。微分環(huán)節(jié)主要用來控制被調(diào)量的振蕩，減小超調(diào)量，加快系統(tǒng)響應(yīng)時間，改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。但過大對于干擾信號的抑制能力將減弱。微分環(huán)節(jié)1、pH值的自動控制改變一個調(diào)節(jié)參數(shù)，只影響一種調(diào)節(jié)作用，不會影響其他的調(diào)節(jié)作用。然而，對于大多數(shù)系統(tǒng)來說，單獨使用一種控制規(guī)律都難以獲得良好的控制性能。如果能將它們的作用作適當(dāng)?shù)呐浜希梢允拐{(diào)節(jié)器快速、平穩(wěn)、準確地運行，從而獲得較好的控制效果。常見的組合有比例積分(PI)、比例微分(PD)、比例積分微分(PID)三種。在要求較高的場合三種作用都用到。PID調(diào)節(jié)器技術(shù)廣泛用于工業(yè)控制回路的參數(shù)控制，如溫度、壓力、流量等參數(shù)的過程控制，它可以隨意設(shè)定范圍內(nèi)的目標值，也就是給定值，簡稱SP值，相當(dāng)于上述的r(t)。PID的三種調(diào)節(jié)作用相互獨立，互不影響按照PID調(diào)節(jié)器控制原理，結(jié)合調(diào)節(jié)閥門的作用，得到一種自動調(diào)節(jié)流量方法，從而控制pH值控制原理方框圖見圖＋pHPV－SVe偏差＋u輸出值電動調(diào)節(jié)閥門調(diào)節(jié)型電動閥門反應(yīng)釜pH傳感器pH分析儀PID控制PID調(diào)節(jié)器給鹽量給堿量圖中被控對象是pH值，假定固定金屬鹽溶液的流量，反應(yīng)釜的pH值經(jīng)傳感器采樣送到pH分析儀，分析儀根據(jù)采樣信號顯示成pH值并轉(zhuǎn)換成電流模擬信號傳送給PID調(diào)節(jié)器，經(jīng)PID調(diào)節(jié)器按照控制規(guī)律處理偏差后輸出電流信號傳送給調(diào)節(jié)電動控制閥門，調(diào)節(jié)閥門按照控制信號增大或減小堿溶液的流量，從而控制pH值。1、pH值的自動控制當(dāng)反應(yīng)體系實際pH值與設(shè)定pH值相差較大時，自動控制系統(tǒng)會使流量增大到極限或減小為零。在一定的功率下，泵提供的流量與壓力成反比，當(dāng)流量減小到極限時必然造成壓力上升到泵的最高壓力，這不僅浪費能源，還對泵的密封、系統(tǒng)管道及其他管閥件造成一定的損害。可通過采用變頻恒壓控制的方法來解決這個問題。變頻恒壓控制原理與pH控制原理相似，如圖所示。＋壓力PV－SVe偏差轉(zhuǎn)速u輸出值化工泵變頻器管道pH傳感器PID控制PID調(diào)節(jié)器1、pH值的自動控制變頻恒壓控制系統(tǒng)以輸送泵的出口管道壓力為控制目標，設(shè)定的供料壓力是一個常數(shù)。從上圖中可以看出，在系統(tǒng)運行過程中，如果實際供料壓力低于設(shè)定壓力，控制系統(tǒng)將得到正的壓力差，這個差值經(jīng)過PID控制規(guī)律計算出變頻器頻率的增加值，將這個增量和變頻器當(dāng)前的輸出值相加，得到的值即為變頻器當(dāng)前應(yīng)該輸出的頻率。該頻率使輸送泵機組轉(zhuǎn)速增大，從而使實際供料壓力提高，在運行過程中該過程將被重復(fù)，直到實際壓力和設(shè)定壓力相等。如果運行過程中實際供料壓力高于設(shè)定壓力，變頻器的輸出頻率將會降低，輸送泵的轉(zhuǎn)速減小，實際供料壓力因此而減小，最后調(diào)節(jié)的結(jié)果仍然是實際供料壓力和設(shè)定壓力相等。1、pH值的自動控制溫度對化學(xué)反應(yīng)具有顯著的影響。根據(jù)Arrhenius公式，化學(xué)反應(yīng)速率與溫度之間存在指數(shù)關(guān)系，即溫度的小幅度變化可導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)速率的大幅波動，進而影響到產(chǎn)品產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量，因此反應(yīng)釜的溫度控制極為重要。2、溫度控制前驅(qū)體反應(yīng)中的溫度控制有反應(yīng)前底液加熱和反應(yīng)過程中恒溫。從工藝經(jīng)驗來看，反應(yīng)前對底液加熱比較簡單，只需加熱到某一溫度即可。而反應(yīng)過程中熱量的變化因素有反應(yīng)放熱，系統(tǒng)散熱、輸入輸出物料的熱量變化以及攪拌槳的機械功轉(zhuǎn)化的熱量等。反應(yīng)釜的溫度控制系統(tǒng)包括傳感器、控制器、執(zhí)行器等組成部分。溫度傳感器實時檢測反應(yīng)釜內(nèi)的溫度，并將溫度值轉(zhuǎn)換為電信號傳送至控制器，控制器根據(jù)溫度預(yù)設(shè)值與實際溫度之間的偏差，計算出相應(yīng)的控制信號。然后控制信號通過執(zhí)行機構(gòu)(如加熱器或冷卻器)轉(zhuǎn)化為對反應(yīng)釜內(nèi)溫度的直接調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)對溫度的控制?？刂破魍ㄟ^合適的算法，例如PID控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，根據(jù)溫度偏差的大小和變化趨勢，調(diào)整控制信號的輸出，從而實現(xiàn)對反應(yīng)釜溫度的快速、穩(wěn)定控制。2、溫度控制要使反應(yīng)釜保持溫度穩(wěn)定，光有加熱還不夠?？稍诜磻?yīng)釜外壁設(shè)置上下夾套，上面夾套通冷卻水，下面夾套通高溫?zé)崦健７磻?yīng)前需要加熱底水，因此在下夾套通入高溫?zé)崦襟w加熱。反應(yīng)中由于存在反應(yīng)熱，熱的聚集使溫度升高，高于工藝設(shè)定溫度時，通入冷卻水降溫，這樣溫度調(diào)節(jié)能力就大大加強了，具體溫度控制方案如圖3-27所示。2、溫度控制從上圖可以看出，由調(diào)節(jié)器分別控制兩個執(zhí)行器工作，而且每個執(zhí)行器必須全程工作，因此需要把調(diào)節(jié)器的信號分成兩部分，每部分的信號使執(zhí)行器在全程范圍工作?？刂品娇驁D如圖所示。2、溫度控制熱油冷卻水TCTT控制器調(diào)節(jié)閥門a調(diào)節(jié)閥門b溫度變送反應(yīng)釜T反應(yīng)開始首先加熱底水，調(diào)節(jié)閥門b動作。反應(yīng)中段溫度升高，系統(tǒng)需要冷卻，調(diào)節(jié)閥門a動作。反應(yīng)后陳化階段無反應(yīng)熱，反應(yīng)釜散熱，需要加熱維持溫度，調(diào)節(jié)閥門b動作。三元前驅(qū)體影響成核及性能的因素還有很多，比如攪拌形式速率，進料速度，反應(yīng)時間，反應(yīng)溫度，反應(yīng)氣氛等因素。2、溫度控制中控室操作控制界面如下圖所示：在儲能產(chǎn)業(yè)邁向高效、可持續(xù)發(fā)展的征程中，濕法合成反應(yīng)以液相環(huán)境為舞臺，用精準的化學(xué)反應(yīng)書寫著材料創(chuàng)新的篇章。它從微觀層面塑造儲能材料的結(jié)構(gòu)與性能，為提升儲能器件的能量密度、延長使用壽命提供了有力支撐。盡管當(dāng)前面臨成本、環(huán)保與規(guī)模化的挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)的不斷突破與創(chuàng)新，濕法合成反應(yīng)必將在綠色化學(xué)、智能控制等前沿技術(shù)的賦能下，持續(xù)釋放潛力。未來，它將繼續(xù)作為儲能材料制備的核心技術(shù)，推動儲能產(chǎn)業(yè)向更高性能、更低成本、更環(huán)保的目標邁進，為全球能源轉(zhuǎn)型注入源源不斷的動力，開啟儲能技術(shù)的全新紀元。《儲能材料與器件智能制造技術(shù)》5.混料在儲能材料的生產(chǎn)藍圖里，從原料進廠到最終成品誕生的漫長工序中，混料如同交響樂的序曲，看似平凡卻奠定了整個生產(chǎn)流程的基調(diào)。無論是鋰電池正極材料中多種金屬鹽與添加劑的均勻融合，還是液流電池電解液各溶質(zhì)的充分分散，混料工藝的優(yōu)劣直接決定了后續(xù)化學(xué)反應(yīng)的充分性和最終產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性。微小的混合不均，都可能在儲能器件充放電過程中引發(fā)局部性能衰減，甚至埋下安全隱患。這項基礎(chǔ)工藝，憑借對物料分散、組分均勻化的精準把控，成為撬動儲能材料品質(zhì)提升的重要支點，在推動儲能產(chǎn)業(yè)邁向高效、可靠發(fā)展的進程中扮演著不可或缺的角色。在鋰離子電池正極材料的工業(yè)化生產(chǎn)中通常采用高溫固相煅燒工藝，將各種原料按一定比例配料后，混合均勻，然后送入高溫反應(yīng)器在高溫下發(fā)生高溫固相反應(yīng)，然后對冷卻后的物料進行破碎、粉碎、分級、混批、包裝，得到最終產(chǎn)品。一般流程如圖所示。原料混料裝缽高溫煅燒破碎、粉碎混批除鐵干燥篩分包裝成品為保證產(chǎn)品質(zhì)量，原料必須用專門的混料機進行均勻混合。以三元材料為例，混料工序是將計量比的鋰鹽和三元前驅(qū)體同時加入混合設(shè)備進行混合?；炝显O(shè)備根據(jù)運動方式的不同，可以分為容器固定型和容器旋轉(zhuǎn)型混料設(shè)備。根據(jù)操作形式的不同，混料設(shè)備還可以分為間歇式和連續(xù)式混料設(shè)備。在鋰離子電池材料生產(chǎn)中常用到的混料設(shè)備有雙螺旋錐形混