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

本发明涉及锂电池材料烧的控制方法，尤其涉及一种用于锂电池材料烧结的窑炉内氧含量自动控制方法。

背景技术：

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。

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，由图1可以看出，这样一种反馈调节方式生产成本高，工艺难度大。

也有一些高端烧结设备上的氧含量控制装置主要由氧分仪、流量计、排压/排气气路等组成，主要应用于高温环境的氧含量控制氧气分析仪只有单通道输入和输出，然而，需要操作人员对窑炉关键气氛点手动进行测试，这种测试方式耗费时间多，浪费人力物力。同时，这种方式可能造成气氛不稳定，氧含量波动较大，加大气体消耗，产品合格率低。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种无需人工调节、全自动调节的用于锂电池材料烧结的窑炉内氧含量自动控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于锂电池材料烧结的窑炉内氧含量自动控制方法，包括以下步骤：

s1、输入窑炉内的氧浓度差电池的输出电动势e；

s2、根据氧浓度差电池的输出电动势e计算得到窑炉内的目标氧浓度；

s3、将目标氧浓度与预设的标准样氧浓度进行比较，根据比较值控制窑炉的进气量。

作为上述技术方案的进一步改进，优选的，所述步骤s2中，目标氧浓度的计算方法为：根据能斯特公式计算得出高浓度侧氧分压p"o2，所述高浓度侧氧分压p"o2即为所述的目标氧浓度，其中，r为理想气体常数，t为电池工作绝对温度，f为法拉第常数，p"o2为高浓度侧氧分压，p'o2为低浓度侧氧分压。

作为上述技术方案的进一步改进，优选的，所述步骤s3中，根据比较值控制窑炉的进气量的具体方法为pid控制方法。

作为上述技术方案的进一步改进，优选的，所述步骤s1中，采用含锆的氧传感器检测出窑炉内的氧浓度差电池的输出电动势e。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的用于锂电池材料烧结的窑炉内氧含量自动控制方法，通过检测计算出窑炉内的实时氧浓度(氧含量)，输入至控制器，同时在控制器中预先输入某种烧结材料的标准氧浓度(所需要的氧浓度)，将计算出的目标氧浓度与标准样氧浓度进行对比，根据比较结果，当目标氧浓度小于标准样氧浓度时，控制器控制增加窑炉进气管的进气量，之后在进行计算匹配，直到目标氧浓度与标准样氧浓度二者接近，当目标氧浓度小于标准样氧浓度时，控制器控制减少窑炉进气管的进气量，之后在进行计算匹配，直到目标氧浓度与标准样氧浓度二者接近；该方法能形成闭环控制，工艺人员只需将需要的氧含量值在电脑上进行指定、编辑，将自动完成氧含量的控制过程，省去了工艺员手动调节氧含量的过程，缩短工艺人员的工艺调整周期，降低生产成本，提高了生产效率，从根本上解决氧含量控制的问题，实现这一关键工艺因数的自动控制，从而达到生产过程的无人值守，全自动化生产。

附图说明

图1是现有技术中窑炉内的氧含量控制的流程示意图。

图2是本发明中窑炉内的氧含量自动控制方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本实施例的用于锂电池材料烧结的窑炉内氧含量自动控制方法，包括以下步骤：

s1、输入窑炉内的氧浓度差电池的输出电动势e；

s2、根据氧浓度差电池的输出电动势e计算得到窑炉内的目标氧浓度；

s3、将目标氧浓度与预设的标准样氧浓度进行比较，根据比较值控制窑炉进气量。

如图2所示，通过检测计算出窑炉内的实时氧浓度(氧含量)，输入至控制器(或者计算机)，同时在控制器中预先输入某种烧结材料的标准氧浓度(所需要的氧浓度)，将计算出的目标氧浓度与标准样氧浓度进行对比，根据比较结果，当目标氧浓度小于标准样氧浓度时，控制器控制增加窑炉进气管的进气量，之后在进行计算匹配，直到目标氧浓度与标准样氧浓度二者接近，当目标氧浓度小于标准样氧浓度时，控制器控制减少窑炉进气管的进气量，之后在进行计算匹配，直到目标氧浓度与标准样氧浓度二者接近。该方法能形成闭环控制，工艺人员只需将需要的氧含量值在电脑上进行指定、编辑，将自动完成氧含量的控制过程，省去了工艺员手动调节氧含量的过程，缩短工艺人员的工艺调整周期，降低生产成本，提高了生产效率，从根本上解决氧含量控制的问题，实现这一关键工艺因数的自动控制，从而达到生产过程的无人值守，全自动化生产。

本实施例中，首先，步骤s1中，采用含锆的氧传感器检测出窑炉内的氧浓度差电池的输出电动势e。基于此，步骤s2中，目标氧浓度的计算方法为：

根据能斯特原理，在锆管(含锆的氧传感器)两端氧离子从氧浓度大的一侧向浓度小的一侧迁移，从而形成电势差，即氧浓度差电池的输出电动势e(毫伏)，

根据获得的e，计算得出高浓度侧氧分压p"o2，高浓度侧氧分压p"o2即为的目标氧浓度，其中，r为理想气体常数(8.314j/(k*mol))，t为电池工作绝对温度，f为法拉第常数(96500kj/(v*mol))，p'o2为低浓度侧氧分压，本实施例中，p'o2的以大气中的氧含量为参考值。

本实施例中，步骤s3中，根据比较值控制窑炉进气量的具体方法为pid控制方法。具体为根据检测的一个目标氧浓度，将该值与标准样氧浓度进行比较，根据得到的差值来调节进气量，然后由再次检测另一个目标氧浓度，将该值与标准样氧浓度进行比较，根据得到的差值来调节进气量，如此反复进行，直到检测窑炉内的目标氧浓度与标准样氧浓度接近。该闭环pid控制，且该pid参数可根据实际的氧含量设定值预设为多段，这样一来，在不同的氧含量设定值区间调用和匹配不同的pid参数，达到了比传统单段pid更好的控制效果。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。