Pompes pour la fabrication de batteries lithium-ion / à semi-conducteurs
Pompes péristaltiques pour la fabrication de batteries lithium-ion et à semi-conducteurs
Les technologies péristaltiques d'Albin Pump sont idéales pour les applications axées sur la production de batteries lithium-ion et à semi-conducteurs. Utilisant la technologie éprouvée des pompes péristaltiques, nos pompes sont conçues pour être robustes afin de manipuler des substances très abrasives et corrosives, tout en étant précises pour le dosage et la mesure exacts des liants et des additifs. De plus, nos pompes péristaltiques fournissent un pompage mesuré à faible cisaillement pour protéger les fluides sensibles qu'elles transfèrent.
Lors de la manipulation de composés très acides tels que des boues acides, seul l'intérieur du tuyau en caoutchouc entre en contact avec le fluide, sans pièces métalliques exposées. Pour une protection renforcée, le carter de la pompe contient un lubrifiant qui réduit la friction et assure le meilleur rendement de la pompe avec un minimum d'entretien. Nos pompes péristaltiques viennent également dans des variétés fonctionnant à sec qui offrent des performances élevées avec peu d'entretien et empêchent la contamination pour protéger l'intégrité du produit.
Nos pompes péristaltiques répondent aux exigences strictes du processus de fabrication des batteries lithium-ion. Elles sont fabriqués sans cuivre, zinc ou nickel.
Batteries à lithium-ion vs batteries à semi-conducteurs
Les batteries lithium-ion (Li-ion) sont utilisées avec succès en tant que source d'alimentation courante pour des nombreuses applications, y compris, les appareils électroniques portatifs tels que les ordinateurs portables et les smartphones. Elles sont également devenus un élément essentiel de la production de véhicules électriques et hybrides électriques. Les experts prédisent une augmentation pouvant atteindre 50 % des ventes de véhicules électriques au cours des 15 prochaines années.
Bien qu'il s'agisse actuellement d'une technologie très populaire et fiable, une prudence est cependant de mise : –les réserves de lithium sont limitées, ce qui limitera à l'avenir leur application.
En tant qu'alternative plus sûre pour l'avenir, la batterie à semi-conducteurs a connu une seconde vie. Les batteries à semi-conducteurs, qui utilisent des matériaux découverts au 19e siècle, sont généralement utilisés dans les soins de santé, les technologies portatives et les drones. La résurgence des batteries à semi-conducteurs est particulièrement vraie pour la fabrication de véhicules électriques, les constructeurs automobiles mondiaux investissant déjà dans le développement de technologies de batterie à semi-conducteurs pour leurs utilisations. Les batteries à semi-conducteurs ont une densité d'énergie plus élevée, nécessitent moins d'espace et sont plus légères que les batteries lithium-ion.
Même si certains problèmes, comme la longévité et le coût élevé des matériaux, doivent encore être résolus, la batterie à semi-conducteurs est appelée à remplacer la technologie Li-ion à l'avenir.
Informations sur la fabrication de batteries Li-ion et à semi-conducteurs
La fabrication des batteries Li-ion et des batteries à semi-conducteurs requiert les processus complexes suivants pour arriver au produit final :
- Obtention et transformation des matières premières
- Ingénierie des composants de cellule de batterie
- Fabrication de cellules de batterie
- Fabrication du bloc batterie
L'ingénierie des composants de la cellule qui conduira finalement à la fabrication de la cellule de batterie (étapes 1 et 2) nécessite que les composés chimiques soient combinés et déplacés en toute sécurité entre les phases de prétraitement, de réaction et de post-traitement pour créer une cathode et une anode fonctionnelles. Les cathodes et les anodes sont des électrodes qui permettent à la batterie de transporter un courant électrique.
La cathode et l'anode forment un chemin électrique de base. Une cathode est l'électrode à partir de laquelle un courant conventionnel sort d'un appareil électrique polarisé. L'anode est une électrode à travers laquelle le courant conventionnel entre dans un appareil électrique polarisé. La capacité et la tension moyenne d'une batterie sont définies par la cathode. L'anode, quant à elle, stocke et libère des ions lithium, ce qui permet aux courants de passer à travers un circuit externe. Les électrons se déplacent de la cathode à l'anode lorsque la batterie lithium-ion est en cours de charge. Lorsque la batterie alimente un appareil, les électrons se déplacent de l'anode à la cathode.
Applications de fabrication de batteries pour pompes
La manipulation de composés chimiques pour créer une cellule de batterie nécessite un équipement spécialisé pour transférer les agents chimiques, qui se présentent sous la forme d'un fluide ou d'une poudre. Les produits chimiques manipulés sont généralement abrasifs, corrosifs ou sensibles au cisaillement. Des considérations particulières doivent être prises lors du choix de l'équipement qui peut supporter de telles compositions.
Il est essentiel que des pièces non conductrices et en contact avec les fluides soient utilisées dans la production de cathodes. Les pièces conductrices/métalliques qui entrent en contact avec la boue de cathode constituent une menace de contamination et peuvent affecter la qualité de la cellule de la batterie lithium-ion. C'est pourquoi les fabricants de pompes péristaltiques utilisées dans le processus doivent répondre aux exigences strictes de la fabrication des batteries lithium-ion en n'utilisant pas de cuivre, de zinc ou de nickel dans les composants de leurs pompes.
Une usine mettra en œuvre des pompes spécialisées dans la fabrication de batteries au lithium-ion ou à semi-conducteurs pour effectuer la majorité des transferts de agents chimiques utilisés dans les processus suivants, qui font partie intégrante de la fabrication des cellules de batterie.
Matériau précurseur pour la cathode
Le cobalt et le nickel sont des matières premières utilisées dans la production de matériaux précurseurs pour les cathodes des batteries Li-ion, tandis que les conducteurs ioniques sulfurés tels que l'argyrodite de lithium sont utilisés dans les batteries à semi-conducteurs. Pour créer le matériau précurseur d'une cathode, les étapes de processus suivantes sont utilisées :
- Pré-traitement– dissolution et dosage du sel, où l'ammoniac est utilisé comme complexant ionique
- Réaction – l'alcali aqueux et le complexant sont ajoutés dans un récipient, où ils réagissent pour se combiner en grains de précurseur ternaire
- Post-traitement - une fois que le grain a atteint une taille donnée, la boue est filtrée, lavée et séchée, pour obtenir le précurseur ternaire
Ces processus exigent que l'intégrité du produit soit soigneusement maintenue en utilisant un équipement de pompage fiable et à faible cisaillement qui fournit un dosage, une répartition et/ou une mesure précis(e). La plupart des applications des pompes péristaltiques Albin Pump ont lieu pendant l'étape de fabrication de la cathode de la fabrication de la batterie. Une liste de ces applications peut être consultée après la section sur le film séparateur/revêtement de l'électrode.
Graphitisation des anodes
La graphitisation est le processus d'exposition des matières premières à une chaleur extrêmement élevée (2 500 à 3 300 K) pendant une période prolongée pour créer du graphite naturel ou synthétique utilisé pour fabriquer des anodes. De plus, le graphite est purifié avec des acides fluorhydrique, chlorhydrique et sulfurique.
Des pompes spécialisées sont nécessaires pendant la graphitisation des anodes pour transférer les boues acides, pour filtrer les acides et les impuretés et pour le traitement des eaux usées.
Fabrication de films séparateurs et revêtements d'électrodes
Le film séparateur est une membrane perméable placée entre l'anode et la cathode d'une batterie. Le film empêche les électrodes d'entrer en contact mais permet la libre circulation des ions entre elles. Ils agissent comme des isolants mais peuvent conduire des ions.
Le revêtement d'électrode permet d'obtenir le même résultat, sauf qu'il utilise une boue spécialement formulée. Il s'agit d'un mélange de particules conductrices solides avec des matériaux actifs, des liants polymères et un milieu solvant. L'électrode est enduite de la boue puis séchée.
Le film séparateur est créé à l'aide d'une méthode d'extrusion de plastique spécialisée qui crée de longs rouleaux de film, tandis que dans le revêtement par électrode, la boue est « coulée en bande » sur des collecteurs de courant.
Applications des pompes Albin Pump dans la fabrication de batteries Li-ion et à semi-conducteurs
Les pompes sont nécessaires pour remplir diverses fonctions dans les processus de fabrication de batteries Li-ion et de batteries à semi-conducteurs. Les pompes péristaltiques Albin Pump sont conçues pour satisfaire et dépasser les exigences de ces processus, notamment :
- Transfert de boue (faible cisaillement requis)
- Lavage, recyclage et traitement des eaux usées
- Filtre-presse
- Transfert de boue de cathode ou d'anode
- Dosage
- Transfert de barbotines céramiques mixtes
- Dosage et transfert de liant
- Déchargement du réacteur vers l'enduiseuse
Un marché en croissance
Les deux technologies de batterie rechargeables, bien que complexes à fabriquer, présentent une solution à nos besoins en énergie portative. Depuis l'introduction des batteries Li-ion en 1991, le marché des batteries lithium-ion a connu une croissance exponentielle et était évalué à 45,3 milliards de dollars en 2020. Il devrait croître de plus de 15 % d'ici à 2026. Pendant ce temps, le marché des batteries à semi-conducteurs devrait atteindre environ 1,4 milliard de dollars d'ici à 2025.
À la suite de la demande du marché pour l'électronique portatif et les véhicules électriques et hybrides, des usines dédiées uniquement à la fabrication de batteries Li-ion et de batteries à semi-conducteurs ont vu le jour à travers le monde. Pour augmenter rapidement la production mondiale afin de répondre à la demande croissante, ces usines de batteries cherchent à investir massivement dans les équipements de fabrication de batteries les plus économiques et les plus fiables. Elles exigent une production élevée et efficace pour rester compétitives sur le marché.