Monitoring termiczny zawiesiny i warstwy elektrody w akumulatorach litowo-jonowych
Utrzymanie lepkości zawiesiny podczas powlekania elektrod jest trudne ze względu na surowe wymagania temperaturowe, niską emisyjność materiału i ograniczoną przestrzeń wokół dyszy powlekającej, co utrudnia dokładne i spójne monitorowanie temperatury w linii.
Dzięki zintegrowaniu krótkofalowego czujnika podczerwieni, umożliwiającego dokładny pomiar w niskich temperaturach, możliwe jest ciągłe monitorowanie folii i warstwy elektrody w linii w pobliżu miejsca powlekania, nawet w ograniczonych przestrzeniach montażowych.
Uzyskiwane korzyści
- Stała lepkość zawiesiny dla optymalnego nakładania powłoki.
- Stabilne warunki procesu podczas szybkiej i masowej produkcji.
- Poprawa jednorodności warstwy elektrody i parametry elektryczne.
- Zmniejszenie zróżnicowania jakości spowodowanego wahaniami temperatury.
- Łatwa integracja z kompaktowymi i osłoniętymi maszynami.
Wpływ temperatury na jednorodność i lepkość zawiesiny w powłoce elektrodowej akumulatora
Każdy akumulator składa się z kilku pojedynczych ogniw. W akumulatorach litowo-polimerowych stosuje się ogniwa typu pouch, zwane również torebkami na kawę. Każde ogniwo typu kieszeniowego zawiera wiele par anod i katod, oddzielonych cienką warstwą polimeru zwaną separatorem. Całe ogniwo wypełnione jest półpłynnym elektrolitem, który ułatwia transport jonów podczas rozładowywania i ładowania. Elektrody to cienkie warstwy miedzi lub aluminium pokryte materiałem aktywnym. Materiały te są przetwarzane w zawiesinę poprzez zmieszanie ich z rozpuszczalnikami i spoiwami. Mieszanina ta, zwana zawiesiną, jest nakładana na folię metalową, która pełni funkcję podłoża i przewodnika.
Podczas procesu powlekania zawiesinę należy utrzymywać w optymalnym zakresie temperatur od około 60°C do 80°C, aby zapewnić odpowiednią lepkość. Po nałożeniu zawiesiny na folię metalową (kolektor prądu) i wysuszeniu, powstała warstwa nazywana jest warstwą kompozytową. Warstwa ta jest następnie prasowana za pomocą metalowego wałka w celu zwiększenia jej wytrzymałości, optymalizacji gęstości oraz poprawy przewodności elektrycznej i przyczepności materiałów aktywnych. Proces ten znany jest jako kalandrowanie.
Po kalandrowaniu powlekane folie są cięte do pożądanych kształtów i wykrawane w elektrody. Elektrody te są montowane w ogniwie akumulatora za pomocą wielowarstwowego nawijania lub układania w stosy. Na koniec ogniwo jest napełniane elektrolitem i hermetycznie zamykane.
Jakość akumulatorów litowo-jonowych można poprawić, zapewniając równomierną grubość arkusza elektrody oraz optymalizując właściwości elektryczne, które zmieniają się podczas suszenia i prasowania. Aby utrzymać równomierność, lepkość zawiesiny musi być optymalna, co wymaga starannego monitorowania temperatury zarówno zawiesiny, jak i folii podczas produkcji.
Monitorowanie temperatury w podczerwieni na linii produkcyjnej arkuszy elektrod w wysokonakładowej produkcji ogniw akumulatorowych
Pirometr to idealne narzędzie do monitorowania temperatury folii i zawiesiny w linii produkcyjnej. Jednak to zastosowanie wiąże się z pewnymi wyzwaniami, takimi jak emisyjność materiału, zakres niskich temperatur, prędkość przepływu oraz ograniczona przestrzeń dostępna dla głowicy pomiarowej.
Materiał aktywny jest nanoszony za pomocą dyszy na nieskończoną folię metalową. Celem jest pomiar temperatury poruszającej się folii w pobliżu dyszy w miejscu nakładania powłoki. Konwencjonalne pirometry długofalowe w zakresie 8…14 µm mają problemy z tym zadaniem ze względu na cienką warstwę materiału aktywnego, która zapewnia niską emisyjność. Zamiast tego, lepszy jest krótkofalowy czujnik podczerwieni, ponieważ może on rejestrować wyższą emisyjność materiału przy niższych długościach fal. Jednak wiele czujników podczerwieni krótkofalowej jest zaprojektowanych do wyższych zakresów temperatur, co sprawia, że wymagany zakres pomiaru 60…80°C stanowi istotne ograniczenie.
Co więcej, konfiguracja maszyny jest bardzo ciasna z utrudnionym dostępem, co stanowi kolejne wyzwanie. Przestrzeń dostępna na montaż głowicy czujnika podczerwieni jest ograniczona, ponieważ pirometr musi być umieszczony blisko poruszającej się folii, aby uzyskać dokładne odczyty. Ta ograniczona przestrzeń montażowa wymaga kompaktowego i precyzyjnego pirometru, aby zapewnić skuteczne monitorowanie temperatury oraz utrzymać jakość i spójność procesu powlekania elektrod. Ten staranny monitoring jest kluczowy dla osiągnięcia jednorodności i lepkości niezbędnej do produkcji wysokiej jakości akumulatorów.
W tym zastosowaniu pirometr Optris CT3ML stanowi idealne rozwiązanie dla tych ograniczeń. Pirometr stale zapewnia dokładne odczyty temperatury folii, umożliwiając precyzyjne monitorowanie i utrzymanie stabilnych warunków procesu.
Pokonywanie wyzwań dotyczących emisyjności, niskiej temperatury i ograniczonej przestrzeni
Większość czujników podczerwieni o krótkiej długości fali zazwyczaj pracuje w wysokich temperaturach, często powyżej 250°C. Jednak pirometr Optris CT3ML wyróżnia się możliwością pracy w zakresie 2,3 µm i w zakresie temperatur od 50°C. Pozwala to spełnić dwa kluczowe wymagania: pomiary o krótkiej długości fali, odpowiednie dla materiałów krytycznych, oraz precyzyjne monitorowanie niskich temperatur docelowych poniżej 100°C.
Pirometr Optris CT3ML został zaprojektowany nie tylko z myślą o optymalnej wydajności, ale również z myślą o praktyczności. Jego kompaktowe rozmiary, z małą głowicą czujnika z gwintem M12, zapewniają łatwą instalację i precyzyjne celowanie, nawet w ciasnych i ograniczonych przestrzeniach. Jest to szczególnie ważne w środowiskach przemysłowych, gdzie przestrzeń jest często ograniczona.
Ponadto pirometr charakteryzuje się krótkim czasem ekspozycji wynoszącym zaledwie 1 ms, co umożliwia monitorowanie w czasie rzeczywistym i szybką regulację procesu produkcyjnego. Ten szybki czas reakcji ma kluczowe znaczenie dla utrzymania stałej jakości i stabilności warunków produkcji.
Połączenie tych zaawansowanych funkcji sprawia, że pirometr Optris CT3ML to doskonały wybór do zastosowań wymagających precyzyjnej kontroli temperatury i szybkiej reakcji. Jego zdolność do wydajnej pracy w ograniczonej przestrzeni instalacyjnej, przy jednoczesnym zapewnianiu dokładnych odczytów temperatury, gwarantuje optymalną wydajność. Zdolność pirometru Optris CT3ML do utrzymania rygorystycznych wymagań temperaturowych niezbędnych do zapewnienia wysokiej jakości procesów produkcyjnych, wzmacnia zaufanie do pomiaru temperatury w podczerwieni.