Litium-ioni / Solid-state-akkujen valmistus Pumput
Peristalttiset pumput litiumioniakkujen ja kiinteän olomuodon akkujen valmistukseen
Albin Pumpin peristalttiset tekniikat soveltuvat erinomaisesti litiumioniakkujen ja puolijohdeakkujen tuotantoon. Hyödyntämällä hyväksi todettua peristalttista pumpputeknologiaaletkupumput on suunniteltu kestäviksi erittäin hankaavien ja syövyttävien aineiden käsittelyyn, mutta samalla tarkoiksi sideaineiden ja lisäaineiden tarkkaan annosteluun ja annosteluun. Lisäksi letkupumppumme tarjoavat mitatun matalan leikkauslujuuden pumppauksen, joka suojaa siirrettäviä herkkiä väliaineita.
Käsiteltäessä erittäin happamia yhdisteitä, kuten happamia lietteitä, vain kumiletkun sisäpuoli on kosketuksissa väliaineen kanssa, eikä metallisia osia ole alttiina. Lisäsuojan vuoksi pumpun kotelossa on voiteluaine, joka vähentää kitkaa ja takaa parhaan mahdollisen suorituskyvyn mahdollisimman vähällä huollolla. Peristalttiset pumppumme ovat myös kuivakäyntisiä, jotka tuottavat korkean suorituskyvyn pienellä huollolla ja estävät kontaminaation tuotteen eheyden suojelemiseksi.
Peristalttiset pumppumme täyttävät litiumioniakkujen valmistusprosessin tiukat vaatimukset. Ne valmistetaan ilman kuparia, sinkkiä tai nikkeliä.
Litiumioni vs. Kiinteän tilan akut
Litiumioniakut (Li-ion) on otettu menestyksekkäästi käyttöön suosittuna virtalähteenä monissa eri sovelluksissa, kuten kannettavassa elektroniikassa, kuten kannettavissa tietokoneissa ja älypuhelimissa. Niistä on myös tullut olennainen osa sähkö- ja hybridisähköajoneuvojen tuotantoa. Asiantuntijat ennustavat, että sähköautojen myynti kasvaa jopa 50 prosenttia seuraavien 15 vuoden aikana.
Vaikka se on tällä hetkellä erittäin suosittu ja luotettava tekniikka, yksi varoitus on edelleen olemassa - litiumvarantojen rajallisuus rajoittaa tulevaisuudessa niiden käyttöä.
Tulevaisuuden kannalta turvallisempana vaihtoehtona puolijohdeakku (SSB) on kokenut renessanssin. SSB:tä, joissa käytetään 1800-luvulla löydettyjä materiaaleja, käytetään tyypillisesti terveydenhuollossa, puettavassa teknologiassa ja droneissa. SSB:n elpyminen koskee erityisesti sähköautojen valmistusta, ja globaalit autoyhtiöt investoivat jo nyt SSB-teknologian kehittämiseen omia käyttötarkoituksiaan varten. SSB-akkujen energiatiheys on suurempi, ne vaativat vähemmän tilaa ja ovat kevyempiä kuin litiumioniakut.
Joitakin ongelmia, kuten pitkäikäisyyttä ja korkeita materiaalikustannuksia, on vielä parannettava, mutta SSB:n on määrä ottaa Li-ion-teknologia haltuunsa tulevaisuudessa.
Li-ion- ja SSB-akkujen valmistuksen tarkastelu
Li-ion- ja SSB-akkujen valmistuksessa käytetään seuraavia monimutkaisia prosesseja lopputuotteen valmistamiseksi:
- Raaka-aineiden hankkiminen ja käsittely
- Akkukennon komponentit
- Akkukennojen valmistus
- Akkupaketin valmistus
Akkukennon valmistukseen johtavien kennokomponenttien suunnittelu (vaiheet 1 ja 2) edellyttää kemiallisten yhdisteiden turvallista yhdistämistä ja siirtämistä esikäsittely-, reaktio- ja jälkikäsittelyvaiheiden välillä toimivan katodin ja anodin luomiseksi. Katodit ja anodit ovat elektrodeja, joiden avulla akku voi johtaa sähkövirtaa.
Katodi ja anodi muodostavat sähköisen perusreitin. Katodi on elektrodi, josta tavanomainen virta lähtee polarisoidusta sähkölaitteesta. Anodi on elektrodi, jonka kautta tavanomainen virta kulkee polarisoituneeseen sähkölaitteeseen. Akun kapasiteetti ja keskimääräinen jännite määräytyvät katodin mukaan. Samalla anodi varastoi ja vapauttaa litiumioneja, jolloin virrat kulkevat ulkoisen virtapiirin läpi. Elektronit kulkevat katodilta anodille, kun litiumioniakkua ladataan. Kun akku syöttää virtaa laitteeseen, elektronit kulkevat anodilta katodille.
Akkujen valmistussovellukset pumppuja varten
Kemiallisten yhdisteiden käsittely akkukennon luomiseksi vaatii erikoislaitteita , joilla voidaan siirtää kemiallinen väliaine, joka on nestemäistä tai jauhemaista. Käsiteltävät kemikaalit ovat yleensä hankaavia, syövyttäviä tai leikkausherkkiä. Tällaisia koostumuksia kestävien laitteiden valinnassa on otettava huomioon erityiset näkökohdat.
On ratkaisevan tärkeää, että katodien valmistuksessa käytetään ei-johtavia kostutettuja osia. Katodilietteen kanssa kosketuksiin joutuvat johtavat/metalliset osat muodostavat kontaminaatiouhan ja voivat vaikuttaa litiumioniakun kennon laatuun. Tästä syystä prosessissa käytettävien peristaltiikkapumppujen valmistajien on täytettävä litiumioniakkujen valmistuksen tiukat vaatimukset, sillä pumppujen komponenteissa ei saa käyttää kuparia, sinkkiä tai nikkeliä.
Laitoksessa käytetään litiumioniakkujen tai puolijohdeakkujen valmistukseen erikoistuneita pumppuja, jotka suorittavat suurimman osan kemiallisista väliaineiden siirroista, joita käytetään seuraavissa akkukennojen valmistukseen olennaisesti liittyvissä prosesseissa.
Katodin esiasteaine
Koboltti ja nikkeli ovat raaka-aineita, joita käytetään litiumioniakkujen katodien esiasteiden valmistuksessa, kun taas sulfidi-ionijohtimia, kuten litiumargyrodiittia, käytetään SSB:ssä. Katodin esiasteen materiaalin valmistamiseksi käytetään seuraavia prosessivaiheita:
- Esikäsittely - suolan liuotus ja suhteutus, jossa ammoniakkia käytetään ionikompleksin muodostajana
- Reaktio - vesipitoinen emäs ja kompleksiaine lisätään astiaan, jossa ne reagoivat ja yhdistyvät kolmikomponenttisiksi esiastejyviksi
- Jälkikäsittely - kun rae on saavuttanut tietyn koon, liete suodatetaan, pestään ja kuivataan, jotta saadaan ternäärinen esiaste
Nämä prosessit edellyttävät, että tuotteen eheys säilytetään huolellisesti käyttämällä luotettavia ja matalalla leikkausluvulla toimivia pumppulaitteita, jotka mahdollistavat tarkan annostelun, annostelun ja/tai mittauksen. Useimmat Albin Pump -letkupumppusovellukset tapahtuvat akun valmistuksen katodin valmistusvaiheessa. Luettelo näistä sovelluksista on nähtävissä erotuskalvon/elektrodin pinnoitusta koskevan osion jälkeen.
Anodin grafitointi
Grafitointi on prosessi, jossa raaka-aineita altistetaan erittäin korkealle lämmölle (2500-3300 K) pitkäksi aikaa, jolloin syntyy anodien valmistukseen käytettävää luonnollista tai synteettistä grafiittia. Lisäksi grafiitti puhdistetaan fluorivetyhapolla, suolahapolla ja rikkihapolla.
Erikoispumppuja tarvitaan anodigrafitointiin happaman lietteen siirtämiseen, happojen ja epäpuhtauksien suodattamiseen sekä jäteveden käsittelyyn.
Erotinkalvon valmistus ja elektrodien pinnoitus
Erotinkalvo on läpäisevä kalvo, joka asetetaan akun anodin ja katodin väliin. Kalvo estää elektrodien kosketuksen, mutta mahdollistaa ionien vapaan liikkumisen niiden välillä. Ne toimivat eristeenä, mutta voivat johtaa ioneja.
Elektrodien pinnoituksessa saavutetaan sama tulos, mutta siinä käytetään erityisesti kehitettyä lietettä. Se on sekoitus kiinteitä johtavia hiukkasia, aktiivisia materiaaleja, polymeerisideaineita ja liuotinaineita. Elektrodi päällystetään lietteellä ja kuivataan.
Erotinkalvo luodaan käyttämällä erikoistunutta muovipuristusmenetelmää, jolla luodaan pitkiä kalvorullia, kun taas elektrodien pinnoituksessa liete "teipataan" virran kerääjiin.
Albin-pumpun sovellukset Li-ion- ja SSB-akkujen valmistuksessa
Pumppuja tarvitaan täyttämään erilaisia tehtäviä sekä Li-ionien että SSB:n valmistusprosesseissa. Albin Pumpin peristalttiset pumput on suunniteltu täyttämään ja ylittämään näiden prosessien vaatimukset, mukaan lukien:
- Lietteen siirto (alhainen leikkaus vaaditaan)
- Pesuvesien kierrätys ja jätevesien käsittely
- Suodatinpuristin
- Katodi- tai anodilietteen siirto
- Annostelu ja suhteuttaminen
- Sekoitetun keraamisen lietteen siirto
- Sideaineen annostelu ja siirto
- Reaktorin purkaminen päällystyskoneeseen
Kasvavat markkinat
Molemmat ladattavat akkuteknologiat ovat monimutkaisia valmistaa, mutta ne tarjoavat ratkaisun kannettavan energian tarpeisiin. Litiumioniakkujen markkinoille tulon jälkeen vuonna 1991 litiumioniakkujen markkinat ovat kasvaneet räjähdysmäisesti, ja niiden arvoksi arvioitiin 45,3 miljardia dollaria vuonna 2020. Sen ennustetaan kasvavan yli 15 prosenttia vuoteen 2026 mennessä. SSB-markkinoiden odotetaan saavuttavan noin 1,4 miljardia dollaria vuoteen 2025 mennessä.
Kannettavan elektroniikan sekä sähkö- ja hybridisähköajoneuvojen kysynnän vuoksi eri puolille maailmaa on syntynyt tehtaita, jotka ovat keskittyneet yksinomaan Li-ion- ja SSB-akkujen valmistukseen. Jotta akkutehtaat voisivat nopeasti lisätä maailmanlaajuista tuotantoaan vastaamaan huimaa kysyntää, ne haluavat investoida voimakkaasti taloudellisiin ja luotettaviin akkujen valmistuslaitteisiin. Ne odottavat korkeaa ja tehokasta tuotantoa, jotta ne pysyisivät kilpailukykyisinä markkinoilla.