电池制造过程气体监测——天津电池正电极材料钴酸锂制备过程中的CO2与O2监测项目-四方光电（武汉）仪器有限公司

项目背景

合作背景

日前，生态环境部印发《锂离子电池及相关电池材料制造建设项目环境影响评价文件审批原则（2024 年版）》，适用于锂离子电池及相关正极材料、负极材料制造建设项目环境影响评价文件的审批。随着全球对环境保护和可持续发展的日益重视，电池正电极材料碳酸锂焙烧制钴酸锂过程中对CO2与O2的监测成为了企业遵守法规、避免环保风险的重要手段。当前，电池行业正处于快速发展的阶段，市场需求持续增长，技术更新迭代迅速。焙烧过程中CO2与O2的监测有助于企业深入了解生产过程中的化学反应和气体变化规律，从而优化生产工艺，提高产品质量和性能。

项目介绍

该项目用户为天津一大型电池制造高新技术企业，主要从事锂离子电池材料研制、开发和产业化生产，在天津与四川同时建有国内智能化水平高、综合实力强的锂离子电池材料产业化基地。截至目前，公司已具备年产106000吨正极材料的生产能力。为遵守法规、降低环保风险，同时提高产品质量、优化生产工艺、满足市场需求和提升竞争力，用户需要采购一批在线监测设备，用以对焙烧过程中的CO2与O2进行监测。

产品原型

辊道窑/反应釜在线气体成分检测系统

系统由采样单元、预处理单元、分析单元构成，结合可调谐半导体激光（TDLAS）与红外（NDIR）技术原理，拥有极强的抗干扰能力，可对电池正电极材料碳酸锂焙烧制钴酸锂过程中的CO2与O2浓度进行精准测量。主要应用于电池正极材料反应釜氧含量自动监测，通过氧含量监测实现自动充氮保护；辊道窑在线气氛检测，通过气体组成分析及时调整辊道窑气氛，调整工艺参数。系统设备稳定可靠，可针对含尘、含腐蚀等复杂工况进行特定设计应用。

产品特性

1、灵活的气体调节配置，可根据现场需求定制量程

2、一台设备可满足多点采样，1~4个采样通道可定制

3、具备自诊断功能，可在线检查传感器状态

4、高自动化，低维护，无需人工值守

5、多接口传输，数据管理简捷

6、防爆等级Ex d IIC T6

7、传感器采用模块化设计，便于集成

主要参数

测量气体	量程	精度	分辨率
O2	0~1000ppm	±2%F.S.	1ppm
	0~5%VOL	±2%F.S.	0.01%
	0~25%VOL	±1%F.S.	0.01%
CO2	0~1000ppm	±2%F.S.	0.1ppm
	0~5%VOL	±2%F.S.	0.01%
	0~50%VOL	±1%F.S.	0.01%
可扩展测量CO、CH4、H2、H2S、C2H2、HF、H2O、NMP等

项目实施

技术方案

钴酸锂又称氧化锂钴，化学式为LiCoO2，是一种无机化合物，一般使用作锂离子电池的正电极材料。其制备方法是将碳酸锂，四氧化三钴，二氧化锆混合加热焙烧形成，项目使用的是隧道式的电热炉，通过多级预热加热到900度焙烧，其中原碳酸锂中的碳酸根分解，以气体CO2形式脱出。
我司为用户提供的在线气体成分检测系统测量精度高，多组分测量气体间无交叉干扰；响应快速，可实时反映气体浓度；构造简洁，无可动元件，无损耗元件，免维护；系统采用防爆设计，隔爆外壳，确保发生爆炸时，外壳可承受产生的爆炸压力而不被损坏，安全系数高。整套系统工作性能稳定，所有与样气接触的部分均采用耐热、耐腐蚀的特种不锈钢、聚四氟乙烯等材料；自动化程度高，配置专业化预处理方案，高自动化，低维护；无需人工值守即可实现实时在线监测，大幅降低企业人工成本；数据管理简捷，可通过多种接口传输到上级集中控制系统。
分析单元：均能对CO2与O2气体浓度进行实时测量，具有在线动态补偿功能。
通讯协议：系统以2路4~20mA信号输出，同时匹配数采仪，实现数据的收集。
校准装置：配备校准装置，包含标准气体、减压阀、校准管线和接头等部分组成。

检测原理	激光(TDLAS)、红外(NDIR)
安装方式	旁路
组分量程	CO2：0~5%；O2：0~21%
精度	0.01%
误差	±1%F.S.
响应时间	≤15s

方案价值

从环保和安全生产的角度来看，监测工作既有效监控了温室气体CO2的排放情况，又通过O2浓度的变化了解了焙烧过程的稳定性和安全性。从产品质量控制的角度来看，焙烧过程中的气体成分和浓度可能会影响最终产品的性能和质量。例如，如果焙烧过程中CO2浓度过高，可能会影响碳酸锂和钴的化学反应，从而影响钴酸锂的晶体结构和电化学性能。此外，对焙烧过程中的气体进行监测还可以为工艺优化提供数据支持。通过分析CO2和O2的浓度变化，可以了解焙烧过程中的反应机理和动力学特性，从而优化焙烧工艺，提高生产效率并降低生产成本。
该项目采用我司在线气体成分检测系统，整套设备技术方案先进、结构简明、操作简便、维护量小，通过对炉内气体氛围进行在线监测，数据同步上传至中控系统，帮助用户实现了工艺数据的实时检测和收集，且成效显著。对于此类生产原料来料品质无法完全一致的情况，更加需要通过了解焙烧过程汇中的气体排放情况，实现对生产工艺的实时检测，为工艺调节及产品质量控制稳定提供精准的基础参考数据。

项目现场