一、案例概述

鋰離子電池電解液由多種碳酸酯類溶劑（DMC、EC、EMC 等）、六氟磷酸鋰（LiPF6）及各類功能添加劑復配而成，是鋰電池的核心關鍵材料。其組分復雜，對配比精度與水分控制要求極為嚴苛。傳統生產依賴人工取樣，送實驗室采用色譜、卡爾費休、滴定等方式離線檢測，存在檢測滯后、取樣存在溶劑揮發與人員安全風險等問題，無法實時掌握釜內混合狀態，容易出現批次差異，造成原料浪費與返工風險。

本項目采用天津九光科技發展有限責任公司生產的 DA2000 在線近紅外分析儀，配套透射式光纖流通池，對電解液生產工段實施過程分析技術（PAT），實現多組分實時、連續、非侵入式在線檢測，檢測數據可對接工廠 DCS 控制系統，為電解液配制過程提供實時數據支撐，助力生產提質降本增效。

二、檢測設備與工作原理

（一）設備特點

DA2000 在線近紅外分析儀采用銦鎵砷（InGaAs）二極管陣列技術，固定光柵全光譜掃描，并行處理全部光譜信息，可實現在線實時準確檢測，檢測結果可與工廠系統集成。

儀器采用高精度一體化光學模塊設計，可有效消除現場震動和環境溫濕度的影響，確保獲取高精度光譜，適合在電解液車間等生產現場長期穩定運行。

（二）工作原理

在線近紅外分析儀光源發出的光經出射光纖進入透射式光纖探頭/透射式光纖流通池，透過被測電解液樣品后經入射光纖返回到光譜儀分光系統；透射回來的光經過固定光柵分光后進入檢測器，得到近紅外光譜；將所得光譜數據帶入已建立的化學計量學模型計算，即可得到待測樣品各組分指標，并連續輸出顯示在儀器配套的數據分析軟件界面上。

（三）數據通訊與集成

檢測結果可通過 TCP/IP 網線實時顯示在控制電腦，網頁版操作軟件支持實時顯示當前值、趨勢圖，并具備很強的查詢統計功能、班次報表分析、合格率統計等功能。生產現場所有在線近紅外分析儀可并入客戶局域網，實現局域網內任何電腦客戶端均可實時查看所有儀器的檢測結果。

檢測結果同時可通過 4-20mA、Modbus RTU/TCP、OPC 等通訊協議傳輸到 DCS 控制系統，為生產過程的閉環調控提供數據基礎。

三、現場安裝點位

近紅外在線檢測采用旁路透射式光纖流通池方案，可根據電解液生產工藝流程在以下關鍵節點靈活部署：

1. 電解液配制反應釜旁路（優先點位）

在電解液間歇攪拌反應釜引出旁路管路安裝透射式流通池，對攪拌溶解全過程實時監測溶劑配比、鋰鹽溶解狀態、添加劑含量及水分變化，精準判斷混合溶解終點，減少頻繁人工取樣，縮短生產等待周期。

2. 連續配液輸送主管路旁路

在成品輸送管道設置旁路監測，連續監控出料全組分指標；當參數超出工藝閾值時，可聯動 DCS 實現不合格物料自動切料，避免不合格品流入儲罐。

3. 成品儲罐進料旁路

在電解液進罐入庫前在線復核各項指標，提前識別批次偏差，減少成品返工復檢，保障入庫產品一致性。

配套工藝條件：采用藍寶石窗口流通池，耐電解液及微量氫氟酸（HF）腐蝕；配置恒溫夾套消除溫度對光譜的干擾；增加穩流、排氣及窗口吹掃機構，消除氣泡、物料掛壁干擾；整機滿足化工車間防爆要求。

圖1  透射式光纖流通池安裝實例

四、可在線檢測指標

DA2000 在線近紅外分析儀可同時在線檢測 DMC、EC、EMC、DEC 等碳酸酯溶劑組分，六氟磷酸鋰（LiPF6）濃度，VC、FEC 等功能添加劑，以及體系水分等多項關鍵工藝參數，一套光譜同時輸出多組分結果。

五、現場試驗與模型驗證

圖2  電解液近紅外光譜圖

（二）模型建立

根據實驗室理化濕化學指標，分別建立各參數的數據庫模型，各參數模型效果見圖 3 至圖 11。

六、在線近紅外檢測應用價值

1. 實時過程監控，消除檢測滯后

秒級輸出多組分結果，無需取樣、無需試劑，實時掌握釜內溶解、混合全過程，替代大量離線取樣化驗，解決傳統化驗數小時滯后的問題。

2. 提升批次一致性，降低不良率

全過程監控配比變化，及時發現投料偏差，從源頭減少批次波動，降低成品報廢返工，提升電解液成品合格率。

3. 生產過程數字化，支持閉環控制

檢測數據接入 DCS，可實現投料配比的閉環調控；自動存儲趨勢曲線、班次報表，滿足鋰電行業數字化、PAT 過程管控審計追溯要求。

4. 降低人工與物料成本，規避安全風險

減少化驗室試劑消耗與人工取樣工作量；規避電解液取樣過程中揮發、腐蝕帶來的人員安全風險，減少樣品浪費。

5. 適配多配方柔性生產

模型迭代更新后可適配工廠多種電解液配方切換生產，一套設備支撐多品類電解液在線監測。

七、總結

鋰電電解液生產引入在線近紅外 PAT 檢測，是精細化工過程質量管控前移的有效手段。通過旁路透射式在線光譜方案，可實現溶劑、鋰鹽、添加劑、水分的多參數同步在線監測，將質量控制從“成品事后檢驗"轉變為“生產過程實時管控"，助力電解液工廠實現提質、降本、增效的數字化生產目標。