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行业领域

新能源及节能技术

需求背景

随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，新能源汽车产业得到了快速发展。作为新能源汽车的核心部件，动力锂电池的性能直接影响到整车的续航里程、安全性和使用寿命。目前，锂离子电池已经成为电动汽车的主流电池类型，而三元材料因其高能量密度、高循环寿命等优点被认为是最具潜力的动力锂电池正极材料。

然而，三元材料的制备过程复杂且对环境要求较高，传统的生产方式存在能耗高、效率低、质量不稳定等问题。为了提高三元材料的生产效率和降低成本，实现绿色制造，越来越多的企业开始关注并投资于动力锂电池三元材料的智能工厂建设。

需解决的主要技术难题

目前在技术方面存在的困难以及需解决的问题。

动力锂电池正极材料制备过程朝着自动化、数字化和信息化全面发展，对过程状态感知、烧结精准控制、多工序协同与生产调度等提出了新挑战。

（1）制备过程中混料均匀性、炉前炉后物料形貌特征等关键生产状态不能在线感知与分析，导致异常情况下无法溯源。现有机器视觉、成像光谱等检测技术为正极材料关键生产状态在线感知与分析提供支持。

（2）烧结过程各温区氧气速度场直接影响温度，氧气浓度场会同时受到氧气速度和温度的影响，物理场之间耦合严重。相邻温区间存在温度差，能量在温区之间存在交换。各温区具有独立的加热元件，控制变量与温度分布之间关系复杂。数据驱动方法可为温度场的协同优化控制开辟新思路。

（3）制备过程包含配混料、烧结、破碎等工序。烧结温度波动导致产品粒度不一，目前尚未考虑通过调整破碎时间和功率等，补偿烧结工序波动对产品粒度的影响。知识与数据融合的多目标优化方法有望应用于多工序协同与调控中。

（4）物料配比仅凭人工经验制定，无法根据原料成分进行调整。人工排产无法实现制备全流程的调度。如排产不合理时，存在窑炉空烧，导致生产效率和能量利用率低。物料自主优化与生产智能调度技术有望解决物料配比与生产调度的问题。

期望实现的主要技术目标

相关技术指标或要求

本次需要突破以下关键技术：

（1）制备过程关键生产状态在线感知技术

制备过程的混料均匀性、炉前炉后物料形貌特征等关键生产状态关乎产品性能和一致性。混料一致性往往会受到搅拌时间与速度、原料受潮等的影响。搅拌时间过短或搅拌电机速度过低均会导致混合物料出现白点，原料吸水受潮导致原料结块，影响烧结后材料表面性能。需要开发在线监测的手段，研究混料一致性的检测方法以及炉前炉后物料表面的颜色、纹理特征与物料的性能关系。因此，亟需研究一种正极材料制备过程关键生产状态在线感知技术。

（2）烧结过程温度场的优化与精准智能控制技术

整个烧结工序由升温段-恒温段-降温段组成，包含多个温区（温区总数约为20~30）；每个温区均有2组硅碳棒加热元件和3个氧气通入口，过程状态多，控制变量多。相邻温区之间存在温度差，导致热量在温区之间存在交换，耦合严重。需要考虑热量在温区之间的交换和相邻温区之间的温度差,达到多温区烧结氛围最优，由此设计最优的控制策略，进行温度场的精准控制。因此，亟需研究一种正极材料烧结过程温度场的优化与精准智能控制技术，降低能源消耗。

（3）多工序协同与调控技术

制备过程包含配混料、烧结、破碎等工序。各工序之间相互关联，后级工序受到前级工序影响，如混料均匀性影响烧结工序的烧结效果，烧结温度和氧气浓度的波动影响烧结工序的产品性能，破碎工序的破碎强度影响最终产品的粒度。需要考虑工况种类、工况波动对产品性能指标的影响，设计一种优化各工序操作参数的方法，使能耗最小和产品性能指标最优。因此，亟需研究一种正极材料制备过程多工序操作参数协同与调控技术。

（4）物料自主优化与生产智能调度技术

制备过程的原料成分含量不一，无法实时调整金属盐和锂盐化学计量比；制备过程中的仓储分配非自动化运行导致各产线原材料供应滞后、不连续；仓储车间布局结构不合理导致原材料和成品储存空间的浪费、各类原材料的运输时间不匹配。需要考虑物料成分波动对配比的影响，设计配比自主调整方法；需要考虑生产计划、车间布局和仓储分配等因素，设计生产智能调度方法。因此，亟需研究物料自主优化与生产调度技术。

技术指标：单位产品综合能耗降低15%，生产效率提高20%。

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