在線快速、批量、準確探測電解液鋰鹽濃度的方法及裝置與流程
2023-05-26 17:51:56
本發明涉及電池製造領域，特別涉及一種在線快速、批量、準確探測電解液鋰鹽濃度的方法以及該方法相對應的裝置。
背景技術：
鋰離子電池主要由外殼、正極材料、負極材料、電解液和隔膜等組成。其中，電解液是鋰離子電池的關鍵材料，號稱鋰離子電池的「血液」。鋰電池成本構成中隔膜佔21％，正極材料佔19％，負極材料佔9％，電解液佔13％，其他材料約佔38％(銅箔，鋁箔，粘連劑，導電劑等)。電解液主要成分為鋰鹽電解質及有機溶劑。在各種類型的電解質中，六氟磷酸鋰(lipf6)是目前鋰離子電池中最常用的電解質，綜合性能優良，根據配方和用途的不同，六氟磷酸鋰在電解液成本中佔比約為40％—50％。六氟磷酸鋰是現有電解液的「血紅蛋白」,是鋰電池的靈魂。因此，常規鋰鹽(六氟磷酸鋰)濃度是否達標對電池性能起著至關重要的作用。鋰鹽濃度低於設計值時，影響鋰電池的標稱容量，高低溫性能，倍率充放電性能，和循環性能等。
在電解液鋰電池製造中，往往會存在多條生產線同時生產，每條生產前注液工序前，需進行不同規格電解液按照要求進行混液工序，將混好的電解液流入注液工序。混液的時候因工人提料的失誤，或標籤不明顯導致的選料失誤，或漏混某種電解液，或混液中加入量不在規格範圍內等pfmea製程失效模式及效果分析中存在的各種失效場景。
傳統檢驗lipf6的檢驗方法是icp光譜定量計算鋰鹽濃度。該方法開機點火平均用時30min，並且需要使用惰性氣體，樣品測試前需制定標準曲線。開機點火時間長，耗時大，成本高，由於惰性氣體的使用，在線應用存在安全隱患，能耗大。樣品測試前需制定標準曲線，存在不同標準樣品配置，不同操作人員帶來的誤差。
因此需要開發一種在線快速、批量、準確探測電解液鋰鹽濃度的方法。
技術實現要素：
本發明針對現有技術檢測時間長，成本高，應用存在隱患的缺點，提供了一種在線快速、批量、準確探測電解液鋰鹽濃度的方法及裝置，能夠有效縮短檢測時間，且可以在工廠多生產線的情況下進行有效檢測，防止誤差。
為實現上述目的，本發明可採取下述技術方案：
一種在線快速、批量、準確探測電解液鋰鹽濃度的方法，包括紅外發射裝置、樣品臺以及數據處理裝置；
還包括以下具體步驟：
步驟一：取少量電解液，將其滴至樣品臺上，紅外發射裝置發射紅外光照射樣品臺檢測裝置持續監測紅外光譜並記錄相應的含波長和吸光度的紅外光譜數據；
步驟二：將得到的含波長和吸光度的紅外光譜數據經複製粘貼操作輸入到數據處理裝置指定的數據輸入區；
完成上述步驟後，通過比對標準值判定電解液鋰鹽濃度是否合格。
進一步地，作為一種可選的方案，在本身請的實施例中，還包括以下步驟：
步驟三：挑選任兩處特徵峰的光譜範圍從波長起始點到結束點，以該範圍內每處波長及對應的吸光度以吸光度的波峰為中心計算該波峰的峰值和谷值的差和波峰所佔波譜的寬度的乘積，並將每處波長得到的乘積累加作為特徵峰的峰面積；計算得到這兩處特徵峰的峰面積比例以該比例作為樣品的檢測結果；
步驟四：當步驟三得到的檢測結果偏離標準值範圍後，在同一電解液中重複上述步驟一至步驟三再次檢測；
步驟五：當步驟四再次檢測到連續的檢測結果偏離標準值範圍後，則判定電解液鋰鹽濃度不合格。
進一步地，作為一種可選的方案，在本身請的實施例中，步驟三中，以位於不同波長範圍內的兩處特徵峰的峰面積比作為該份樣品的檢測結果。
進一步地，作為一種可選的方案，在本身請的實施例中，同時將標準電解液作為參照組按照上述具體步驟進行檢測，並將檢測結果作為中心值。
進一步地，作為一種可選的方案，在本身請的實施例中，以pfema中失效場景的電解液作為參照組按照上述具體步驟進行檢測，並得出檢測結果的上限和下限，以中心值，上限，下限作為標準值範圍。
一種在線快速、批量、準確探測電解液鋰鹽濃度的裝置，包括紅外發射裝置、樣品臺、檢測裝置、以及數據處理裝置；
所述監測裝置用於持續監測樣品臺三的電解液的紅外光譜，記錄相應的紅外譜圖曲線，並將的打手的紅外譜圖曲線輸入數據處理裝置；
所述數據處理裝置用於將輸入的紅外譜圖曲線分解為包含波長和吸光度的光譜數據；將得到的紅外譜圖曲線輸入數據處理裝置，所述數據處理裝置將輸入的紅外譜圖曲線分解為包含波長和吸光度的光譜數據；將包含波長和吸光度的光譜數據以吸光度的波峰為中心計算該波峰的峰值和谷值的差和波峰所佔波譜的寬度的乘積，並將該乘積作為該份樣品的檢測結果；當檢測到檢測結果偏離標準值後，由同一電解液中再次取樣並重複進行檢測；當再次檢測到連續的檢測結果偏離標準值後，則判定電解液鋰鹽濃度不合格。
進一步地，作為一種可選的方案，在本身請的實施例中，所述數據處理裝置為一帶有數據輸入的處理模塊。
進一步地，作為一種可選的方案，在本身請的實施例中，所述數據處理裝置還用於使用積分計算得到的波峰的面積減去積分計算得到的標準值下相對應波長範圍的波峰的面積的差值作為該份樣品的檢測結果。
進一步地，作為一種可選的方案，在本身請的實施例中，所述數據處理裝置還用於使用位於不同波長範圍內的兩處波峰的面積比作為該份樣品的檢測結果。
該方法通過自動判定，應用一致性強，避免在線操作員因知識水平限制，個體判定差異造成的人為誤差。
該方法無需專業技術人員重複分析樣品的全反射紅外譜圖，節約人工和能耗成本。
該方法基於全反射紅外光譜的檢測原理，其目的獲取電解液的波數與吸光度的光譜數據，其總過程耗時不大於5min。相比傳統的icp光譜定量計算鋰鹽濃度，開機點火平均用時30min，使用惰性氣體，樣品測試前需制定標準曲線。對比下，該方法大大節約能耗成本，避免惰性氣體在線應用的安全隱患，能夠實現多條生產線的在線檢測應用。
該方法通過基於全反射紅外光譜的檢測原理，獲取電解液的波數與吸光度的光譜數據，識別電解液中鋰鹽—lipf6中p-f鍵在841cm-1處特徵峰和溶劑ec中在1500cm-1處的c-h鍵的特徵峰，通過計算該兩處峰的面積強度比，來探測電解液鋰鹽濃度是否合格。
該方法能夠準確有效判定結果，基於通過對比分析工程師利用紅外光譜儀器計算面積強度比，發現與本方法得到的測試結果相似度達到98％以上，並且該方法能夠探測混液工序的pfmea設計的失效情況。
本發明具有以下的顯著技術效果：
能夠快速、批量、準確探測混液工序結束後的電解液鋰鹽濃度是否合格。
進一步地，可以自動避免應多工序多樣品同時檢測造成的人為誤差。
附圖說明
圖1為紅外光譜的測試原理示意圖。
圖2為實施例1中混液工序後電解液的紅外光譜圖。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步的詳細描述。
實施例1
一種在線快速、批量、準確探測電解液鋰鹽濃度的方法，包括紅外發射裝置、樣品臺、檢測裝置、以及數據處理裝置，其中檢測裝置採用全反射紅外光譜的檢測方式，基於全反射紅外光譜的檢測原理，獲取電解液的波長和吸光度的光譜數據。如附圖圖示，在電解液中鋰鹽—lipf6中p-f鍵在841cm-1處特徵峰和溶劑ec中在1500cm-1處的c-h鍵的特徵峰，該兩處特徵峰比較明顯。因為電解液成分複雜，不同的電解液特徵峰區別差異明顯，特徵峰數量也較多。可以採用多參數比較的方式，通過應用不同的計算方法
此外，本實施例記載的方法還包括以下具體步驟：
步驟一：取少量電解液，將其滴至樣品臺上，本實施例記載的技步驟中，關鍵性的一點是獲取的電解液的量不再是關鍵指標，可以使用滴管吸取一滴，也可以用其他手段吸取少量的一滴，約為3-5ml即可，紅外發射裝置發射紅外光照射樣品臺；監測裝置持續監測紅外光譜，並記錄相應的紅外譜圖曲線；
步驟二：將得到的紅外譜圖曲線輸入數據處理裝置，所述數據處理裝置將輸入的紅外譜圖曲線分解為包含波長和吸光度的光譜數據；
步驟三：所述數據處理裝置將包含波長和吸光度的光譜數據以吸光度的波峰為中心計算該波峰的峰值和谷值的差和波峰所佔波譜的寬度的乘積，並將該乘積作為該份樣品的檢測結果；波峰的峰值和谷值的判斷可以通過計算斜率進行判斷，波譜的寬度則是單個波峰峰值兩側的谷值之間跨越的波長的範圍。
步驟四：當數據處理裝置檢測到檢測結果偏離標準值後，由同一電解液中再次取樣並重複上述步驟一至步驟三；
步驟五：當數據處理裝置再次檢測到連續的檢測結果偏離標準值後，則判定電解液鋰鹽濃度不合格。
進一步地，所述數據處理裝置為一帶有數據輸入的處理模塊。本實施例中，數據處理裝置可以是用軟體實現的模塊，只需將安裝有該處理模塊的計算機和檢測裝置進行連接即可，連接可以採用現有的有線或者無線的方式，但在實際應用中，也可以將數據處理裝置設計為一個專門的裝置，本領域技術人員在本專利公開的技術方案的基礎上，可以知曉所述數據處理裝置的具體的實現形式。
進一步地，在步驟三中，以積分計算得到的波峰的面積減去積分計算得到的標準值下相對應波長範圍的波峰的面積的差值作為該份樣品的檢測結果。進一步地，在步驟三中，以位於不同波長範圍內的兩處波峰的面積比作為該份樣品的檢測結果。上述檢測步驟可以結合使用，將兩者結合起來，可以提高數據的準確性，且能夠自動剔除參見的誤差，例如由於吸取的電解液的多少導致紅外圖譜曲線的差異問題。
進一步地，同時將標準電解液作為參照組按照上述具體步驟進行檢測，並將檢測結果作為標準值。標準電解液可以使用前一批次或者前次已經檢測完成的電解液，這樣可以實現數據的連續性，檢測的準確性也大為提高。當然也可以使用額外配置的標準電解液。
以下是應用上述步驟的具體實例：
混液工序中將含鋰鹽的電解液(編碼el-21)加入量，因稱重高於上限值，導致鋰鹽重量質量分數從12％變更至約14％。其它混液步驟按照正常流程。
全反射紅外光譜儀開機經背景消除後，將此混好的電解液，取1滴，滴入全反射紅外光譜儀樣品臺(全反射紅外光譜無需kbr制樣)，經30s後獲得紅外譜圖曲線，記作nglot1，如圖2中的曲線。將曲線的波數與吸光度的光譜數據複製到處理軟體中，本實施例可以使用現有的具有計算功能的處理模塊的數據輸入區內，得到鹽濃度比結果，如表一，可以利用現有軟體，例如微軟公司開發的excel軟體模擬數據處理步驟。
混液工序中將含鋰鹽的電解液(編碼el-21)錯當成不含鋰鹽的溶劑(編碼el-12)，導致鋰鹽重量質量分數從12％變更至約19％。其它混液步驟按照正常流程。
全反射紅外光譜儀開機經背景消除後，將此混好的電解液，取1滴，滴入全反射紅外光譜儀樣品臺(全反射紅外光譜無需kbr制樣)，經30s後獲得紅外譜圖曲線，記作nglot2，如圖2中的曲線。將曲線的波數與吸光度的光譜數據複製到具有計算功能的處理模塊的數據輸入區內，得到鹽濃度比結果，如表一。
混液工序中將含鋰鹽的電解液(編碼el-21)錯當成不含鋰鹽的溶劑(編碼el-12)，導致鋰鹽重量質量分數從12％變更至約19％。其它混液步驟按照正常流程。
全反射紅外光譜儀開機經背景消除後，將此混好的電解液，取1滴，滴入全反射紅外光譜儀樣品臺(全反射紅外光譜無需kbr制樣)，經30s後獲得紅外譜圖曲線，記作nglot2，如圖2中的曲線。將曲線的波數與吸光度的光譜數據複製到具有計算功能的處理模塊的數據輸入區內，得到鹽濃度比結果，如表一。
以下為上述實施例和比較例的檢驗結果對照表。
表1鋰鹽濃度比測試結果
表中鹽濃度面積一欄是根據面積積分，通過鹽濃度面積比，可以發現，該方法能夠用於探測混液工序的pfmea設計的失效情況。
實施例2
一種在線快速、批量、準確探測電解液鋰鹽濃度的裝置，包括紅外發射裝置、樣品臺、檢測裝置、以及數據處理裝置；
所述監測裝置用於持續監測樣品臺三的電解液的紅外光譜，記錄相應的紅外譜圖曲線，並將的打手的紅外譜圖曲線輸入數據處理裝置；
所述數據處理裝置用於將輸入的紅外譜圖曲線分解為包含波長和吸光度的光譜數據；將得到的紅外譜圖曲線輸入數據處理裝置，所述數據處理裝置將輸入的紅外譜圖曲線分解為包含波長和吸光度的光譜數據；將包含波長和吸光度的光譜數據以吸光度的波峰為中心計算該波峰的峰值和谷值的差和波峰所佔波譜的寬度的乘積，並將該乘積作為該份樣品的檢測結果；當檢測到檢測結果偏離標準值後，由同一電解液中再次取樣並重複進行檢測；當再次檢測到連續的檢測結果偏離標準值後，則判定電解液鋰鹽濃度不合格。
進一步地，所述數據處理裝置為一帶有數據輸入的處理模塊。
進一步地，所述數據處理裝置還用於使用積分計算得到的波峰的面積減去積分計算得到的標準值下相對應波長範圍的波峰的面積的差值作為該份樣品的檢測結果。
進一步地，所述數據處理裝置還用於使用位於不同波長範圍內的兩處波峰的面積比作為該份樣品的檢測結果。
總之，以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所作的均等變化與修飾，皆應屬本發明專利的涵蓋範圍。