失重秤 Loss-in-Weight Scale

在电池匀浆工艺中，**失重秤（Loss-in-Weight Scale）**是用于高精度连续计量粉体、颗粒或粘稠液体（如正负极主材、导电剂、粘结剂等）的核心设备，其通过实时监测物料重量变化实现动态补料，确保配比精度（误差≤±0.5%）。以下是针对电池匀浆工艺的失重秤解决方案：

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### **一、功能需求与挑战**

1. **材料特性适配**  

  - **超细粉体**：纳米导电剂（炭黑、CNT）易团聚，需防静电与防架桥设计。  

  - **高粘液体**：PVDF/NMP粘结剂混合物（粘度＞5000cP）需防粘附与稳定输送。  

  - **低金属污染**：异物管控≤50ppm（避免电池内短路）。  

2. **工艺痛点**  

  - 传统容积式喂料精度不足（误差±3%~5%）。  

  - 微量添加剂（如导电剂）计量波动大（固含量偏差影响电芯性能）。  

  - 换料清洗残留导致交叉污染（如NCM与LFP切换耗时＞1小时）。  

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### **二、失重秤系统设计**

#### **1. 核心结构与技术**

| **模块**               | **功能描述**                                                                 | **技术要点**                                                                 |

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| **称重料斗**           | 不锈钢316L材质（Ra≤0.4μm），容积5~500L（按流量定制）                         | 内壁镀特氟龙/陶瓷涂层（摩擦系数≤0.1），集成流化床或振动器（防架桥）          |

| **驱动系统**           | 伺服电机+行星减速机（扭矩0.1~200Nm），支持0.1~100rpm无级调速                | 重复定位精度±0.01°，编码器反馈闭环控制                                       |

| **称重传感器**         | 高精度应变式/电磁力补偿传感器（分辨率±0.1% FS）                              | 过载保护+温度补偿算法（环境波动影响≤0.05%）                                  |

| **密封与防护**         | 全密闭结构（IP65），N₂惰性气体保护（氧含量＜1%）                             | 双唇形密封圈（耐溶剂腐蚀），氧浓度监测仪（精度±0.1%）                        |

| **清洁系统**           | 快拆式设计+CIP在线清洗（旋转喷淋+超声波）                                    | 清洗后残留量≤0.01%，支持干洗（压缩空气）与湿洗模式                           |

#### **2. 智能化控制**

- **自适应补偿**  

 - 实时监测物料流动性（通过重量损失速率），动态调整螺杆转速（AI算法补偿密度变化）。  

- **数据集成**  

 - 通过OPC UA/Modbus协议接入MES系统，记录喂料量、误差率、设备健康状态。  

- **多模式切换**  

 - 支持连续失重模式（大批量主材）与批次模式（微量添加剂），一键切换配方。  

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### **三、应用场景与配置方案**

| **场景**                | **特殊需求**                   | **定制化设计**                                                             |

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| **正极主材连续供料**    | NCM/LFP大流量（0.5~5t/h）      | 双螺杆结构+振动流化装置，称重传感器量程500kg（精度±0.2%）                   |

| **微量导电剂添加**      | 炭黑/CNT（占比0.1%~3%）        | 微型失重秤（量程1~50kg，精度±0.1%），集成防静电涂层+超声波分散               |

| **高粘粘结剂输送**      | PVDF/NMP混合物（粘度＞10,000cP）| 大螺旋角螺杆（45°）+加热夹套（50~80℃），扭矩监测防堵料                       |

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### **四、实施效益对比**

| **指标**         | **传统容积式喂料**           | **高精度失重秤**           | **提升效果**               |

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| 计量精度         | ±3%~5%                     | ±0.1%~0.5%               | 匀浆固含量CV值下降50%~70% |

| 材料损耗率       | 0.5%~1%                   | ≤0.05%                   | 年节省成本50万~200万元    |

| 换料清洗时间     | 60~120分钟                 | ≤10分钟                  | 设备利用率提升30%         |

| 异物混入风险     | 机械磨损颗粒污染            | 无润滑设计+陶瓷材质       | 金属污染概率下降95%       |

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### **五、关键技术难点与对策**

1. **超细粉体架桥**  

  - **对策**：料斗内集成高频微幅振动（振幅≤1mm）+气流辅助流化（0.2~0.5MPa）。  

2. **高粘物料粘附**  

  - **对策**：螺杆表面激光微织构处理（沟槽深度10~50μm），降低粘附力40%以上。  

3. **环境干扰**  

  - **对策**：三明治结构料斗（中间隔热层）+传感器数字滤波技术（抗振动干扰）。  

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### **六、未来技术趋势**

1. **数字孪生优化**  

  - 基于DEM（离散元法）模拟物料流动，优化螺杆参数与振动频率匹配。  

2. **AI自主决策**  

  - 机器学习预测堵料风险，自动调节喂料参数或触发清洁程序。  

3. **模块化扩展**  

  - 多秤并联（如8台失重秤同步供料），支持大规模匀浆产线（产能＞20GWh/年）。  

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### **七、供应商选型建议**

- **国际品牌**：德，国Kist，ers（电磁力补偿传感器）、瑞士K-Ton（微量失重秤）。  

- **国内高性价比）、AI+防粘设计）。  

- **关键参数**：  

 - 量程范围：0.1kg/h~10t/h  

 - 精度等级：±0.1%~±0.5%  

 - 防护等级：IP65（防尘防溅），Ex d IIB T4（防爆型）  

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通过高精度失重秤的部署，电池企业可实现匀浆工艺的**精准计量、低损耗、零污染**，显著提升电芯一致性及生产良率。选型时需重点关注物料特性（粒径、粘度）、量程范围及与匀浆系统的协同控制能力，必要时通过DEM仿真验证计量稳定性与抗干扰性能。