Bombas de fabricación de baterías de iones de litio/estado sólido
Bombas peristálticas para la fabricación de baterías de iones de litio y de estado sólido
Las tecnologías peristálticas de Albin Pump son ideales para aplicaciones dirigidas a la producción de baterías de iones de litio y de estado sólido. Al utilizar tecnología de bomba peristáltica calificada, nuestras bombas peristálticas están diseñadas para ser resistentes y poder manejar sustancias muy abrasivas y corrosivas, pero precisas para dosificar y medir con precisión aglomerantes y aditivos. Además, nuestras bombas peristálticas proporcionan un bombeo medido de bajo cizallamiento para proteger los medios sensibles que están transfiriendo.
Cuando se manejan compuestos altamente ácidos como los lodos ácidos, solo el interior de la manguera de goma entra en contacto con el medio, sin partes metálicas expuestas. Para mayor protección, la carcasa de la bomba contiene un lubricante que reduce la fricción y garantiza el mejor rendimiento de la bomba con un mínimo de mantenimiento. Nuestras bombas peristálticas también vienen en variedades de funcionamiento en seco que brindan un alto rendimiento con poco mantenimiento y evitan la contaminación para proteger la integridad del producto.
Nuestras bombas peristálticas cumplen con los estrictos requisitos del proceso de fabricación de baterías de iones de litio. Se fabrican sin cobre, zinc o níquel.
Baterías de iones de litio vs. Baterías de estado sólido
Las baterías de iones de litio (Li-ion) se han implementado con éxito como una fuente de energía habitual para una amplia gama de aplicaciones, entre las que se incluyen los dispositivos electrónicos portátiles, como las computadoras portátiles y los teléfonos inteligentes. También se han convertido en una parte esencial de la producción de vehículos eléctricos y eléctricos híbridos. Los expertos pronostican un aumento de hasta un 50 % en las ventas de vehículos eléctricos en los próximos 15 años.
Aunque actualmente es una tecnología muy popular y confiable, tiene una salvedad –el suministro limitado de reservas de litio que en el futuro limitará su aplicación.
Como una alternativa más segura para el futuro, la batería de estado sólido (SSB) ha experimentado un renacimiento. Las baterías de estado sólido, que usan materiales descubiertos en el siglo XIX, se usan típicamente en la sanidad, la tecnología portátil y los drones. El resurgimiento de las baterías de estado sólido es especialmente cierto para la fabricación de vehículos eléctricos, con compañías automotrices globales que ya invierten en el desarrollo de tecnología SSB para sus usos. Las baterías de estado sólido tienen una mayor densidad de energía, requieren menos espacio y son más livianas que las baterías de iones de litio.
Con algunos problemas como la longevidad y los altos costos de materiales aún por mejorar, las baterías de estado sólido están listas para sustituir a la tecnología de iones de litio en el futuro.
Una mirada a la fabricación de baterías de iones de litio y de estado sólido
La fabricación de baterías de iones de litio y de estado sólido utiliza los siguientes procesos complejos para llegar al producto final:
- Obtención y procesamiento de materias primas
- Ingeniería de componentes de celdas de batería
- Fabricación de celdas de batería
- Fabricación de la batería
La ingeniería de los componentes de la celda que en última instancia conducirá a la fabricación de la celda de la batería (etapas 1 y 2) requiere que los compuestos químicos se combinen de manera segura y se muevan entre las fases de preprocesamiento, reacción y posprocesamiento para crear un cátodo y un ánodo que funcionen. Los cátodos y los ánodos son electrodos que permiten que la batería lleve una corriente eléctrica.
El cátodo y el ánodo forman una ruta eléctrica básica. Un cátodo es el electrodo del que sale una corriente convencional de un dispositivo eléctrico polarizado. El ánodo es un electrodo a través del cual la corriente convencional ingresa a un dispositivo eléctrico polarizado. La capacidad y el voltaje promedio de una batería están definidos por el cátodo. Por otro lado, el ánodo almacena y libera iones de litio, lo que permite que las corrientes pasen a través de un circuito externo. Los electrones viajan del cátodo al ánodo cuando se carga la batería de iones de litio. Cuando la batería alimenta un dispositivo, los electrones viajan del ánodo al cátodo.
Aplicaciones para bombas en la fabricación de baterías
El manejo de compuestos químicos para crear una celda de batería requiere equipo especializado para transferir los medios químicos, que vienen en forma de líquido o polvo. Los productos químicos que se manejan suelen ser abrasivos, corrosivos o sensibles al cizallamiento. Se deben tener consideraciones especiales al elegir el equipo que pueda soportar tales composiciones.
Es fundamental que se utilicen partes húmedas no conductoras en la producción de cátodos. Las piezas conductoras/metálicas que entren en contacto con la mezcla catódica representarán una amenaza de contaminación y pueden afectar la calidad de la celda de la batería de iones de litio. Por esta razón, los fabricantes de las bombas peristálticas utilizadas en el proceso deben cumplir con los estrictos requisitos de la fabricación de baterías de iones de litio y no utilizar cobre, zinc o níquel en los componentes de sus bombas.
Una planta implementará bombas especializadas de fabricación de baterías de iones de litio o de estado sólido para llevar a cabo la mayor parte de la transferencia de medios químicos utilizados en los siguientes procesos integrales para la fabricación de celdas de batería.
Material precursor para cátodos
El cobalto y el níquel son materias primas utilizadas en la producción de materiales precursores para cátodos en baterías de iones de litio, mientras que los conductores iónicos de sulfuro, como la argirodita de litio, se utilizan en las SSB. Para crear el material precursor para un cátodo, se utilizan las siguientes etapas de proceso:
- Preprocesamiento– Disolución y proporción de sal, donde se usa el amoníaco como un complejante de iones
- Reacción– Se agrega álcali acuoso y un agente complejante a un recipiente, donde reaccionan para combinarse en gránulos precursores ternarios
- Post procesamiento - después de que el gránulo alcanza un tamaño determinado, el lodo se filtra, lava y seca, para obtener el precursor ternario
Estos procesos requieren que se mantenga cuidadosamente la integridad del producto mediante el uso de equipos de bombeo confiables y de bajo cizallamiento que proporcionen precisa dosificación, proporcionamiento y/o medición. La mayoría de las aplicaciones de las bombas peristálticas Albin Pump ocurren durante la etapa de fabricación de cátodos en la fabricación de baterías. Se puede ver una lista de estas aplicaciones después de la sección de recubrimiento de electrodos/película separadora.
Grafitización de ánodos
La grafitización es el proceso de exposición de materias primas a temperaturas extremadamente altas (2500 a 3300 K) durante un período prolongado de tiempo para crear grafito natural o sintético que se utiliza para fabricar ánodos. Además, el grafito se purifica con ácidos fluorhídricos, clorhídricos y sulfúricos.
Se requieren bombas especializadas durante la grafitización del ánodo para transferir lodos ácidos, filtrar ácidos e impurezas y para el tratamiento de aguas residuales.
Fabricación de películas separadoras y revestimiento de electrodos
La película separadora es una membrana permeable que se coloca entre el ánodo y el cátodo de una batería. La película evita que los electrodos entren en contacto pero permite el libre movimiento de iones entre ellos. Actúan como aislantes pero pueden conducir iones.
El recubrimiento de electrodos logra el mismo resultado, excepto que utiliza una suspensión especialmente formulada. Esta es una mezcla de partículas conductoras sólidas junto con materiales activos, aglomerantes de polímeros y un medio solvente. El electrodo se recubre con la suspensión y luego se seca.
La película separadora se crea usando un método de extrusión de plástico especializado que crea largos rollos de la película, mientras que en el revestimiento de electrodos, la suspensión se "funde como cinta" en los colectores de corriente.
Aplicaciones para la bomba Albin en la fabricación de baterías de iones de litio y de estado sólido
Las bombas son necesarias para cumplir diversas funciones en los procesos de fabricación de iones de litio y de SSB. Las bombas peristálticas Albin Pump están diseñadas para cumplir y superar los requisitos de estos procesos, que incluyen:
- Transferencia de lodo (se requiere bajo nivel de cizallamiento)
- Lavado del reciclaje y tratamiento de aguas residuales
- Filtros prensa
- Transferencia de lodo de cátodo o ánodo
- Dosificación y proporcionamiento
- Transferencia de mezcla cerámica mixta
- Dosificación y transferencia de material ligante
- Descarga del reactor a la recubridora
Un mercado en crecimiento
Ambas tecnologías de baterías recargables, aunque complejas de fabricar, presentan una solución a nuestras necesidades de energía portátil. Desde la introducción de las baterías de iones de litio en 1991, el mercado de las baterías de iones de litio ha crecido exponencialmente y se valuó en 45.300 millones de dólares en 2020. Se proyecta un crecimiento de más del 15 % para 2026. Mientras tanto, se espera que el mercado de SSB llegue a aproximadamente $ 1.400 millones de dólares para 2025.
Impulsadas por la demanda del mercado de dispositivos electrónicos portátiles y vehículos eléctricos e híbridos, han surgido en todo el mundo fábricas dedicadas exclusivamente a la fabricación de baterías de iones de litio y de estado sólido. Para aumentar rápidamente la producción mundial para satisfacer la demanda en aumento, estas plantas de baterías buscan invertir fuertemente en el equipo de fabricación de baterías más económico y confiable. Esperan una producción alta y eficiente para mantenerse competitivos en el mercado.