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露点/微量水分仪在手套箱中的应用
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一、手套箱的应用:
手套箱是一个提供非常高纯惰性气体环境的通用工作平台,这个工作平台里的惰性气体浓度能够达到非常高级别,一些对水或氧非常敏感的材料研究、工艺或实验能够在手套箱中能够得以实现。
手套箱已经越来越多地应用于科学实验、新材料研发、生物医药、化工、锂电池、太阳能电池、核材料与核工业、新型照明、特殊焊接、真空镀膜等行业和领域。作为一个通用平台,手套箱可以给需要在高纯惰性气体?;?、低水和低氧含量或无尘无菌环境实现实验或生产提供工作条件。
二、微量水分仪在锂电行业手套箱中的应用:
1.     锂电生产,在注电解液的过程中,电解液中含有 LiPF6,遇到水分时会产生氟化氢(HF)的气体,这种腐蚀性气体会使微量水分仪的传感器产生腐蚀和精度上发生飘移,会大大的降低微量水分仪的使用寿命;
2.     锂电生产,手套箱的含水量数值的变化,取决于:干燥设备的是否正常运行,手套箱在送料和取料过程多少和进出的频繁度等有关系,因为某些微量水分仪反应灵敏度不够快,给质量管理带来不少麻烦;
3.     微量水分仪在手套箱的安装位置很重要,因为锂电池的生产中会产生腐蚀性的气体会直接影响露点仪的寿命和精度。
三、目前市场常用的微量水分仪以及原理:
1. 采用露点分析仪间接测量:
所谓间接测量是指露点仪测得样气的露点温度,通过公式换算得出水含量浓度(PPM)。露点测量与直接测量的区别在于:露点测量的空气湿度达到饱和时的温度,需要通过公式或者查表得出水分的体积浓度,而直接测量直接得到水分的体积浓度。
1.1 冷镜式原理:测量精度高,工作稳定且直接读露点温度,使用寿命长但价格高, 维护使用要求严格,镜面也怕油、粉尘等污染,且响应时间比较长,一般作为计量部门用作标准时使用,不耐氟化氢/氢氟酸的腐蚀,不适合在锂电行业手套箱中应用。
1.2 电容原理(如Vaisala、Michell、GE、MZD):购买成本低,使用及维护成本较高。
a. 金属氧化物---氧化铝原理:由于氧化铝电容式湿敏元件抗腐蚀能力较欠缺,对环境要求较高,不能适合或暴露在高湿度环境中;存在光电失效、静电失效现象,氧化铝感湿材料无法克服其表面结构“天然老化”,阻抗不稳定,存在长期运行稳定性差( 每6个月到12个月需要校准一次) 的弱点;使用成本较高( 因需要频繁校准而带来的结果),工作人员的维护工作量大、测量响应速度慢、响应时间长;另外传感器不耐氟化氢/氢氟酸的腐蚀,不适合在锂电行业手套箱中长期应用。
b. 高分子薄膜电容原理:高分子薄膜电容产品能在高湿环境中正常使用,即使是在结露环境中也不会损坏传感器,长期使用的稳定性较好,校准周期高达2年之久,但抗腐蚀能力欠缺。高分子薄膜也会随时间消耗,需返厂镀膜或更换新的传感器,时效性较差,使用成本相对来说也较高;另外传感器不耐氟化氢/氢氟酸的腐蚀,不适合在锂电行业手套箱中长期应用。
2. P2O5电解法直接测量ppm微量水分(如MZD,Mbraun):
测量精度高,工作稳定,使用寿命长,价格适中,维护成本低。Mbraun配备不耐氟化氢腐蚀的普通型陶瓷传感器,而MZD传感器可选用耐氟化氢腐蚀的增强型陶瓷传感器,抗氟化氢/氢氟酸的腐蚀,使用成本低,维护成本低(无需校正,定期使用40%的磷酸对探头涂层再生)。目前欧洲和美国手套箱均采用此技术,国内手套箱减少制作成本而采用廉价的,易腐蚀坏且需要标定的露点仪。


 

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