在線pH計計算機客戶端在濕法制備鋰離子電池正極材料前驅體中的應用

【摘要】已產業(yè)化生產的鋰離子電池用正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等，而他們的前驅體四氧化三鈷，二氧化錳/四氧化三錳，氫氧化鎳，鎳鈷錳氧的制備在國內現有技術大多使用濕法制備方法，而在過程控制中，一個良好穩(wěn)定的反應環(huán)境對前驅體顆粒形貌，顆粒大小以及寬度的分布起著至關重要的作用，本文敘述關于使用在線pH計計算機客戶端控制反應釜內pH值的技術。

【關鍵詞】在線pH計；計算機客戶端；鋰離子正極材料；前驅體

前言

鋰離子電池以其工作電壓高，能量密度大，循環(huán)性能好，自放電小，無記憶效應等優(yōu)點，被廣泛應用于手機、筆記本電腦等各種便攜式儀表和工具，并有望在電動汽車中用作動力電源。正極材料在鋰離子電池中成本占40～46%，而正極材料的性能改善也是提高鋰離子電池綜合性能的最重要的指標。因此，為了得到穩(wěn)定優(yōu)質的正極材料前驅體，本文設計了一種以計算機客戶端控制前驅體中間反應過程條件的程序。[1]

一、pH值對前驅體制備過程中的影響以及現有控制過程中的弊端

總所周知，現有工業(yè)技術中濕法制備正極材料前驅體基本使用的都是鈷鹽（包括氯化鈷、硫酸鈷、硝酸鈷等）與沉淀劑（包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉等）在一定的溫度，一定的空氣環(huán)境的液相條件中進行的。在此也液相環(huán)境中，pH值是否在指定的控制范圍，起的作用至關重要。不僅僅影響到顆粒成長過程中形貌的規(guī)則性，還影響到顆粒大小以及粒度分布寬度的大小。

現有生產工藝中，采用人工取樣測試等手段去控制反應環(huán)境中的pH值，不僅帶來大量人力物力財力的浪費，還很難使得反應釜內環(huán)境穩(wěn)定，給產品品質帶來很大質量隱患。[2，3]

二、在線pH計計算機客戶端連接與控制

2.1 采用485通訊接口

RS-485標準是為彌補RS-232通信距離短、速率低等缺點而產生的。RS-485標準只規(guī)定了平衡驅動器和接收器的電特性，而沒有規(guī)定接插件、傳輸電纜和應用層通信協(xié)議。根據485總線結構理論，在理想環(huán)境的前提下，485總線傳輸距離可以達到1200米。485總線可以帶128臺設備進行通訊。一般485芯片負載能力有三個級別--32臺、128臺和256臺。此外理論上的標稱往往實際上是達不到的，通訊距離越長、波特率越高、線徑越細、線材質量越差、轉換器品質越差、轉換器電能供應不足（無源轉換器）、防雷保護越強，這些都會降低真實負載數量。而在實際生產過程中，為了避免信號變弱，增加控制機器的數量，可以增設485接口的數量。[4]

2.2 鏈接系統(tǒng)

該系統(tǒng)運用RS485接口，把在反應釜測試的數據傳輸到轉換器直接鏈接到控制計算機上，再通過軟件控制程序，處理數據再反饋到每一個反應釜上，形成一個智能循環(huán)系統(tǒng)，最終達到最優(yōu)化控制反應條件。

2.3 軟件控制程序

控制程序用來存放實現全部指令系統(tǒng)的微程序，它是一種只讀存儲器。機器運行時則只讀不寫，其工作過程是：每讀出一條微指令，則執(zhí)行這條微指令；接著又讀出下一條微指令，又執(zhí)行這一條微指令。讀出一條微指令并執(zhí)行微指令的時間總和稱為一個微指令周期。采用不同傳輸速率和不同的存儲周期，記錄數據并把信息反饋到轉換器中，把信息反饋到操作臺，進行維持或更改命令。

2.4 數據存儲及分析系統(tǒng)

通過軟件控制程序存儲數據，給數據的處理和分析帶來很大的方便。

結語

在社會不斷發(fā)展的今天，用新的科技力量代替大量的人工，提高生產率。利用計算機技術，達到準確控制反應環(huán)境，提升品質力。在線pH計與計算機聯合使用，在實際生產中起到了重要作用，而在同行業(yè)里也具有廣闊的應用前景。

參考文獻

[1]Chen， H-H； Zhan， H； Zhu， X-J； Zhou， Y-H. Acta Chim. Sinica2005，63，1028 （in Chinese）. （陳宏浩，詹暉，朱先軍，周運鴻.化學學報，2005，63，1028.）

[2]朱賢徐.濕法制備電池級四氧化三鈷的研究.精細化工中間體，2010（6）第40章第3期

[3]蘇繼桃，蘇玉長，賴智廣.制備鎳、鈷、錳復合氫氧化物的熱力學分析.電池工業(yè)，2008（1）

[4]李永，李芙玲，榮蓉.基于RS-485標準的供電系統(tǒng)微機監(jiān)控的接口設計.《華北科技學院學報》，2005年第04期

作者簡介

朱珠（1984.7-），男，安徽省蕪湖市，研發(fā)工程師，2006年畢業(yè)于南京曉莊學院，研究方向：主要從事鋰離子電池正極材料及其前驅體研發(fā)工作。