用于锂电池材料烧结的窑炉内氧含量自动控制方法与流程
锂离子电池是一个复杂的体系，包含了正极、负极、隔膜、电解液、集流体和粘结剂、导电剂等。锂电设备是将正负极材料、隔膜材料、电解液等原料通过有序工艺，进行制造生产的工艺装备，锂电设备对锂电池性能和成本有重大影响，是决定因素之一。按照不同工艺流程可将锂电设备分为前段设备、中段设备、后段设备，在锂电产线中，前段、中段、后段设备的价值占比约为4:3:3。
锂电池的生产工艺流程较长，生产过程中涉及有 50 多道工序。而锂电池材料烧结密封辊道炉主要用于氧气氛或富氧气氛条件下锂电池正极三元材料ncm811或nca或ncm622材料的连续烧结。设备由炉体、管道、清洗仓、自动送料系统和自动温度控制系统等组成的密封辊道窑。在锂电池正极材料生产过程中，窑炉烧结是最重要的一道工序，窑炉烧结工艺环节能影响锂电池正极材料的关键性能指标，而窑炉中的氧气含量对材料的产品的品质与一致性影响非常大，氧含量不足或氧含量过高都会对材料的反应产生至关重要的影响，因此，氧含量的在线监测对窑炉来说十分必要。下面工采网小编和大家看看用于锂电池材料烧结的窑炉内氧含量自动控制方法与流程。
关于氧含量的控制目前国内所有的设备厂家均采用由主管道、支管道、流量计、控制阀等组成的气路系统，控制方式则是手动控制，即由工艺人员根据经验，手动调节多达30几个浮子流量计实现对炉内氧含量控制的目的，这种调节方式，对工艺人员的技术水平要求很高，往往要通过所烧结粉料的技术指标来调整对应浮子流量计的开度，如此往复直到烧结出符合要求的产品，如图所示反馈调节方式生产成本高，工艺难度大。
为解决工艺难度大的问题工采网推荐在高端烧结设备上的氧含量控制装置安装英国SST 螺纹式高温氧化锆氧气传感器(O2传感器) - O2S-FR-T2-18C/B/A。O2S-FR-T2-18C/B/A是氧化锆氧气传感器，敏感元件是氧化锆，采用两个氧化锆盘，在其中间是一个密封空间。其中一个盘起的功能是可逆氧气泵，依次充满样品气和抽空此小空间。另一个盘用于测量氧分压差比率，得到相对应的传感电压。氧化锆盘作为氧气泵运行时，需要的700 °C的温度由加热元件产生(配套的电路板O2I-FLEX-092可以提供加热和线性模拟量输出功能。)。氧气泵使小空间范围内达到额定的小值和大值压力所花的时间和环境中氧分压值具有对应关系。这样就可以便捷的对高温环境的氧含量控制氧气分析仪有单通道输入和输出，方便操作人员对窑炉关键气氛点实时记录。同时，这种方式可确保气氛稳定，氧含量波动小，提升产品合格率低。
英国SST 螺纹式高温氧化锆氧气传感器(O2传感器) - O2S-FR-T2-18C/B/A
1）氧分压范围： 2mbar-3bar
2）氧化锆检测元件
3）非消耗性技术
4）无需温度温度，无需参考气体
5）高精度
螺纹式高温氧化锆氧气传感器(O2传感器)O2S-FR-T2-18C/B/A产品参数:
螺纹式高温氧化锆氧气传感器(O2传感器)O2S-FR-T2-18C/B/A配套电路板：
英国SST 氧化锆氧气传感器变送板 -O2I-Flex-092
O2I-Flex-092接口板给电子元件提供必要的电源，控制SST动态氧传感器可以用户设置量程0-25%和0-100%。整个测量范围是线性的。出厂默认是0-25%。当配置0-100%量程时，客户可以定制模拟输出范围以符合实际应用。输出可以配置为：4-20mA和0-10VDC或RS232接口。
英国SST 氧气变送器传感器 -OXY-LC-485
电路可给SST系列动态氧传感器供电和控制。SST系列氧气变送器并不是直接测量氧气浓度，而是测量气体里的氧分压值。为了直接输出氧气浓度， 氧气变送器IXY-LC-485 必须在空气里或者已知特定参考浓度的气体里进行标定。应用:燃烧控制包括石油，燃气和生物质锅炉;堆肥;实验室和楼宇空气质量监测;包括封闭空间人身安全等。
中电48所：用装备重器，锻造卓越新材
这里诞生了国内第一台辊道推板式磁性材料烧结窑，生产的高端磁性材料，广泛用于风电发电机、新能源汽车等领域;
这里还是国内最大的锂电池材料装备生产基地，在新型储能材料烧结装备的细分市场上，占据了70%以上的份额;
用装备重器，锻造卓越新材
中电48所2015年顺利交付用户使用的40米双层四板全自动辊道锂电池窑炉。 通讯员 摄
■成“材”之道
湖南日报记者 唐爱平
通讯员 张星 和婷婷
这边，工人们在为40、50米长的工业窑炉砌隔热轻质砖，干着类似于泥瓦工的活;那边，透过玻璃窗才看得到的高端装备旁，研究人员身着白大褂，操作着电脑……8月3日，在中国电子科技集团公司第四十八研究所(简称中电48所)两个车间，记者看到了不一样的“风景”。
中电48所第三事业部副部长刘阳新告诉记者,无论是朴实厚重的烧结窑炉，还是高大上的MOCVD装备，都是新材料的关键生产装备，分别代表了磁性材料和第三代半导体材料领域国产装备的最高水准。
替代进口
挺进热工装备“国家队”
“别看现在的样子土里土气，但组装完成后，自动化程度非常高。”刘阳新告诉记者，眼前这种全自动磁性材料烧结辊道炉，主要用于高档永磁铁氧体、镍锌铁氧体材料的烧结，最高工作温度可达1320℃。
在热工装备领域，中电48所的磁性材料、锂电池材料、冶金材料烧结设备，在业界享有很高声望。
湖南杉杉新材料有限公司宁乡金洲新区新厂，已于今年3月正式投产。佑大的车间里，一溜排开看起来像高铁列车的锂电池材料烧结装备，有一半来自中电48所。
“在杉杉新材的宁乡项目中，中电48所与其他两家设备商一起，将日本一家设备供应商挤出了市场的大门。”刘阳新告诉记者，有点小得意。
时光若是倒回去20年，刘阳新绝不敢出此“狂言”。
那时候，在国内市场上的新型储能材料烧结设备、磁性材料制造装备，都被日本、韩国、德国等国企业垄断。国内生产企业进口一台设备动辄上千万元，还处处受制于人。
制造中国自己的材料装备迫在眉睫。上世纪80年代末，中电48所承担起新材料烧结设备科研攻关任务。1989年，该所研制出国内第一台辊道推板式磁性材料烧结窑设备，这也是我国首台磁性材料制造核心关键装备。1998年，以中电48所为首的国内磁性材料烧结装备开始替代进口。
随着国内磁性材料、新型储能材料等新材料的发展，中电48所的热工装备不断发展壮大。目前，该所已成功研制生产了80多种、500多台套完全具有自主知识产权和核心技术的热工设备，成为国内最大的磁性材料、锂电池材料、钒氮合金材料装备供应商;新研制的氮化钒高温烧结炉、磷酸铁锂烧结炉、软磁铁氧体烧结窑、锂电池材料烧结炉等多项产品填补国内空白，打破了国外同类产品的技术垄断。
如今，中电48所磁性材料烧结装备覆盖了9成以上的大型上市公司。锂电池材料烧结装备，也进入杉杉新材、湖南瑞翔、烟台卓能、兰州金川、深圳贝特瑞等大型锂电池生产企业，在国内磁性材料、新型储能材料制造装备的细分市场上，占据70%以上的市场份额。48所的磁性材料制造装备、新型储能材料制造装备，还成功打入了法国、伊朗、印度等欧亚国家市场。
冲顶高端半导体材料装备高地
如果说热工装备是中电48所新材料装备的“功勋老臣”， 那么高温 MOCVD装备，就是近些年冉冉升起的一颗 “新星”。
“MOCVD装备生产的是宽禁带半导体材料(俗称”第三代半导体材料“)——氮化镓(GaN)。” 中电48所半导体设备事业部工程师陈峰武告诉记者，第三代半导体材料有着很多神奇之处，有了它， LED灯比传统的白炽灯更亮、更省电、更耐用;4G手机比以前的2G、3G手机速度更快;高铁、电动汽车、空调等要更省电……
MOCVD是以外延工艺制造氮化物半导体材料的关键设备，上个世纪60年代，由美国洛克威尔公司最早研制成功。
进入21世纪，中国早已是氮化物半导体终端应用产品的生产大国，但由于技术含量高，制造工艺复杂，长期以来，全球的MOCVD设备市场一直被两家国外设备供应商所垄断。
2002年，中电48所承担的863课题——“用于GaN(氮化镓)的生产型MOCVD设备(6片2英寸机)”正式立项。研制的设备于2004年11月完成了总装、整机联调和技术指标测试，发运至工艺单位后，仅用42天就完成安装调试并做出了InGaN/GaN多层量子阱结构的蓝光发光二极管芯片，这个速度让很多国外成熟企业都感到惊讶。
目前，该所在国内市场上打破进口MOCVD一枝独大的局面，已经开始稳定地供应具有国际先进水平的MOCVD设备。并与湘能华磊光电股份有限公司、中车时代电气等开展合作。
■造“材”感言
用装备“武装”产业
才有核心竞争力
近些年来，新材料产业的发展势头，令国人自豪。
但一个产业要想不受制于人，有些东西就必须自己制造，比如生产装备。来势迅猛的新材料产业，如果不能立足拥有自主知识产权的制造装备，终归难以摆脱受人掣肘的宿命。正因为如此，新材料装备作为新材料产业的重要支撑，被国家列为重点发展的高端装备之列。
致力“装备强所”，中电48所主动承担起“源头”创新的重担，推进“成果转化”和“需求拉动”并举的双引擎创新驱动战略，引领新材料智能装备制造，推动新材料产业发展。
中电48所“成果转化”的路径模式，就是实践的动力来源于创新链的上游，通常以国家重大科研攻关课题的创新活动为起点，通过实验室成果向应用环节的逐步演进来拉动经济系统的创新活动，最终实现经济系统竞争力的提升。“需求拉动”的路径模式，则是依靠市场动力，由企业发起创新活动，企业产品在开发过程中形成对技术的需求并将这种需求向创新链的上游传递，通过产学研合作的方式实现创新的目标。
——中国电子科技集团公司首席专家 禹庆荣
■用“材”点滴
通过你 靠近我
也许，你不知道什么是“全自动空气推板炉”，什么是“高温MOCVD装备”;或者，你也不清楚什么是磁性材料、锂电池材料，什么是第三代半导体材料……
这些庞大的装备，这些拗口的名词，离人们的日常生活实在太远。
但是，LED灯、智能手机、飞机、高铁，空调……却是和人们日常生活息息相关的。那些庞大的新材料装备，就是通过生产出神奇的新材料，不断改变着人们的生活。
比如，通过“全自动空气推板炉”，可以生产出铁氧体永磁材料，广泛运用于家电、电动汽车、计算机、通讯等领域。
高温MOCVD装备可以造出第三代半导体材料。据了解，与第一代半导体材料相比，采用第三代半导体材料制作的各类器件，将极大地改善人们的生活方式和生活水平。
高铁、电动汽车、空调等在运行过程中都需要电能转换和控制，在电能转换和控制时，如果采用宽禁带半导体材料制作的功率器件，可以降低50%的电力损耗。采用第三代半导体材料制作的微波器件，不仅可以在手机通讯中使用，还能提高航空母舰和先进战斗机的性能。
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