Przejdź do głównej treści
+41 52 511 (SUI)     + 1 713 364 5427 (USA)     

Produkcja akumulatorów - kontrola gęstości i lepkości linii mieszania i powlekania zawiesiny akumulatorów

Produkcja-baterii-optymalizacja-lepkość-gnojowicy

Wprowadzenie

Baterie litowe zapewniają bezpieczeństwo i niezawodność zarówno niezbędnych elementów, jak i wygody współczesnego życia. Mają długą listę rzeczywistych zastosowań - moc elektroniki użytkowej, moc pojazdu elektrycznego (EV), magazynowanie energii słonecznej, UPS, systemy alarmowe w odległych lokalizacjach, sprzęt mobilny i przenośne zasilacze. Obecnie ta technologia akumulatorów jest na krawędzi rewolucji w transporcie drogowym i magazynowaniu energii odnawialnej. Wydajność i żywotność baterii stanowią wąskie gardło dla pojazdów elektrycznych, a także stacjonarnych systemów magazynowania energii elektrycznej, aby wejść na rynek. Jedno jest już całkowicie jasne: procesy w całym procesie produkcji baterii muszą być zoptymalizowane, aby osiągnąć docelowe właściwości i utrzymać jakość.

Northvolt-Ett-2000
Akumulator GigaFactory | NorthVolt AB

Cele producentów akumulatorów

Zrównoważony rozwój – Zmniejszone zużycie energii i surowców

Producenci akumulatorów dążą do jak największego zmniejszenia swojego wpływu na środowisko. Niezbędne jest podejście do produkcji o obiegu zamkniętym, wykorzystujące czystą energię do zasilania produkcji ogniw baterii oraz sumienne pozyskiwanie surowców.

Niektórzy szukają sposobów na recykling zużytych baterii i recykling materiałów z powrotem do produkcji, aby „zamknąć pętlę”.

Stabilny, konkurencyjny proces produkcji

Wszystkie rozwiązania bateryjne mają ogniwo jako „najmniejszy wspólny mianownik”. W celu uzyskania większej pojemności bateria składa się z wielu małych ogniw połączonych szeregowo i równolegle. W świecie produkcji baterii jest to szczególnie prawdziwe – żaden akumulator nie jest mocniejszy niż jego najsłabsze ogniwo.

Może wystąpić znacząca różnica w cyklu życia i jakości najlepszych i najgorszych ogniw. Powtarzając i stabilizując procesy produkcyjne, rozwiązania akumulatorowe w wymagających zastosowaniach będą miały wyższą jakość.

Zwiększenie zdolności produkcyjnych

Czołowi producenci akumulatorów, w tym CATL, Panasonic, LG Chem, Samsung SDI i SK Innovation, walczą o zamówienia od światowych producentów OEM. W ten sposób zapewniają sobie nawzajem doskonały bodziec. Zwiększenie mocy produkcyjnych gwałtownie przyspieszyło, odkąd udział pojazdów elektrycznych w globalnej sprzedaży pojazdów zaczął wydawać się znaczący. Na koniec 129 r. skumulowana zdolność produkcyjna osiągnęła 2018 GWh. Według Counterpoint Research oczekuje się, że skumulowana zdolność produkcyjna baterii dla pojazdów elektrycznych wzrośnie do prawie 800 GWh do 2025 r., głównie dzięki ekspansji czołowych graczy.
Gigafabryki akumulatorów
Gigafabryki akumulatorów w Europie

Gigafabryki akumulatorów w Europie | https://www.orovel.net/insights/li-on-battery-gigafactories-in-europe-czerwiec-2020

Produkcja baterii

Pierwszym etapem montażu ogniwa jest osadzanie zawiesiny zawierającej substancję czynną, materiał przewodzący i spoiwo polimerowe w rozpuszczalniku na warstewce miedzi lub folii aluminiowej (przygotowanie zawiesiny i powlekanie). Następnie następuje suszenie, kalandrowanie i kalibrowanie elektrod. Aby zapewnić pożądane parametry elektrochemiczne, wieloetapowy proces produkcji elektrod akumulatorowych musi być ściśle kontrolowany. Zawiesiny są bardzo złożonymi układami zawiesinowymi zawierającymi duży procent cząstek stałych o różnych chemikaliach, rozmiarach i kształtach w bardzo lepkich mediach. Dla uzyskania jednorodności niezbędne jest dokładne wymieszanie gnojowicy. Właściwości reologiczne szlamów wpływają na ważne cechy: stabilność szlamu, łatwość mieszania i właściwości powlekania, które mają wpływ na gotowe elektrody. Skład i stosowane warunki przetwórstwa mogą mieć wpływ na reologię powstałej zawiesiny. Gęstość i lepkość określają ilościowo właściwości płynięcia i charakteryzują stopień struktury w próbce oraz stopień, w jakim dominuje zachowanie podobne do ciała stałego lub cieczy. W procesie produkcji elektrod, lepkość składników w procesie jest szczególnie znacząca i odgrywa kluczową rolę w procesach wytwarzania baterii, takich jak powlekanie. Lepkość polimerowego roztworu spoiwa wpływa na wydajność powłoki. Wpływa na łatwość z jaką proszki są w nim zdyspergowane, moc potrzebną do mieszania oraz szybkość nakładania jednorodnej powłoki. Teoria elektrod porowatych (PET) sugeruje związek gęstości elektrod dodatnich z ogólną wydajnością ogniw akumulatorów litowo-jonowych, potwierdzony eksperymentami. Ogniwa o dużej gęstości elektrod dodatnich wykazują nieco wyższą zdolność rozładowywania przy małych natężeniach prądu, ale przy wysokich natężeniach prądu ogniwa o małej gęstości elektrod dodatnich wykazują lepszą wydajność.

Kroki w procesie produkcji baterii

Kroki w produkcji baterii

BatteryBits na średnim poziomie | https://medium.com/batterybits/battery-manufacturing-basics-from-catls-cell-production-line-part-1-d6bb6aa0b499

Problem Statement

Dyspersja składników zawiesiny i ich stany, które określają właściwości fizyczne zawiesin, mają kluczowe znaczenie w projektowaniu i rozwoju procesów mieszania i powlekania do produkcji baterii litowo-jonowych.

  • Konwencjonalne metody produkcji zawiesin elektrod z akumulatora litowo-jonowego (LIB) oparte są na procesach okresowych lub quasi-ciągłych.
  • Ciągły proces mieszania polega na kontrolowanym dozowaniu wszystkich składników ciekłych i stałych oraz mikrodystrybucji cząstek stałych w fazie ciekłej.

Wrażliwa chemia komórek oznacza, że ​​oszczędność czasu i kosztów nie może nastąpić kosztem jakości, która musi pozostać bardzo wysoka. Kontrolowanie gęstości i lepkości w celu optymalizacji procesów wsadowych zapewnia spójność, jakość i znaczne oszczędności kosztów materiałów. Kontrolę procesu i identyfikowalność procesu ciągłego mieszania można poprawić dzięki wbudowanemu monitorowaniu i kontroli gęstości i lepkości. Automatyzacja wspierana przez integrację w linii umożliwia optymalizację wszystkich procesów na liniach produkcyjnych, aby produkcja akumulatorów była szybsza, aby sprostać rosnącym wymaganiom.

Wyzwania procesowe

Monitorowanie i kontrolowanie ważnych parametrów zawiesiny elektrod - gęstość i lepkość są niezwykle istotne przy opracowywaniu i produkcji elektrod o wysokiej wydajności oraz ich wytwarzaniu. Kluczowe powody:

  • Podczas mieszania gnojowicy niepotrzebne mieszanie z czasem pogarsza się i degraduje struktury wewnętrzne. Celem jest osiągnięcie dokładnego wymieszania składników o maksymalnej jednorodności i bez rozpadu cząstek. Kontrola gęstości zapewnia prawidłowy skład materiału i frakcji składników, a kontrola lepkości zapewnia spójność procesu przygotowania zawiesiny.
  • Zawiesina o wysokiej lepkości powoduje problemy w procesie powlekania, a słaba dyspergowalność skutkuje niską jednorodnością filmu. Jednolitość grubości powłoki i gęstość warstwy są kluczowe dla zagwarantowania kontroli czasu życia (czasu cyklu ładowania) i szybkości transferu jonów baterii, a regulacja grubości warstwy umożliwia stworzenie mniejszej baterii. Kontrola lepkości jest niezbędna do uzyskania jednorodnej grubości powłoki i minimalnych odchyleń grubości powłoki.
  • Wyższa lepkość zawiesiny akumulatorów zwiększa odporność na sedymentację podczas stania i zapewnia grubszą warstwę elektrody po powlekaniu. Wyższa lepkość może również utrudniać kontrolę procesu powlekania, co może prowadzić do nieregularnego powlekania i zmiennej gęstości warstwy, co z kolei powoduje zmienną szybkość przenoszenia jonów, a tym samym nieprzewidywalną żywotność baterii (i nieprzewidywalny czas cyklu ładowania).
  • Gęstość elektrod ma wpływ na wydajność cyklu i nieodwracalną utratę pojemności akumulatorów litowo-jonowych. Musi być monitorowany i kontrolowany w odpowiednich zakresach w oparciu o wymagania w procesie kalandrowania.

Propozycja Rheonics

Zautomatyzowany pomiar i kontrola lepkości w linii ma kluczowe znaczenie dla kontroli parametrów zawiesiny elektrody w etapach przygotowania zawiesiny oraz etapów powlekania i suszenia w procesie produkcji baterii, podczas gdy gęstość elektrody musi być ściśle monitorowana na etapie kalendarza, aby uzyskać lepszą wydajność baterii. Rheonics oferuje następujące rozwiązania do kontroli i optymalizacji procesu w wieloetapowym procesie produkcji baterii:

  1. In-line Lepkość pomiary: SRV Rheonics jest szerokopasmowym, wbudowanym urządzeniem do pomiaru lepkości z wbudowanym pomiarem temperatury płynu i jest w stanie wykrywać zmiany lepkości w dowolnym strumieniu procesu w czasie rzeczywistym.
  2. In-line Lepkość i gęstość pomiary: SRD Rheonics jest równoległym przyrządem do pomiaru gęstości i lepkości z wbudowanym pomiarem temperatury płynu. Jeśli pomiar gęstości jest ważny dla twoich operacji, SRD jest najlepszym czujnikiem, który zaspokoi twoje potrzeby, z możliwościami operacyjnymi podobnymi do SRV wraz z dokładnymi pomiarami gęstości.
Optymalizacja produkcji baterii

Zaleta Rheonics

Kompaktowy kształt

SRV i SRD Rheonics mają bardzo małą obudowę, co ułatwia instalację OEM i modernizację. Umożliwia łatwą integrację z dowolnym strumieniem procesów z niezwykłą łatwością.

Brak spadku ciśnienia linia procesowa

SRV i SRD Rheonics powodują nieznaczny spadek ciśnienia na linii technologicznej. Pomiary lepkości i gęstości są niezwykle dokładne i wysoce powtarzalne zarówno w płynach Newtona, jak i nienewtonowskich, jedno- i wielofazowych.

 

Niewrażliwy na warunki montażu: Możliwa dowolna konfiguracja

Rheonics SRV i SRD wykorzystują unikalny opatentowany współosiowy rezonator, w którym dwa końce czujników skręcają się w przeciwnych kierunkach, eliminując momenty reakcyjne podczas ich montażu, a tym samym czyniąc je całkowicie niewrażliwymi na warunki montażowe.

 

Dokładne, szybkie i niezawodne pomiary

Zaawansowana, opatentowana elektronika trzeciej generacji napędza te czujniki i ocenia ich reakcję. Ultraszybka i solidna elektronika w połączeniu z kompleksowymi modelami obliczeniowymi sprawiają, że urządzenia Rheonics są jednymi z najszybszych i najdokładniejszych w branży. SRV i SRD dają w czasie rzeczywistym dokładne pomiary lepkości (i gęstości z SRD) co ​​sekundę i nie mają na nie wpływu wahania prędkości przepływu!

 

Doskonała konstrukcja i technologia czujnika

SRD i SRV Rheonics mają bardzo mały rozmiar, co ułatwia instalację OEM i modernizację. Umożliwia łatwą integrację z dowolnym strumieniem procesów z niezwykłą łatwością. Są łatwe do czyszczenia i nie wymagają konserwacji ani ponownej konfiguracji i są doskonale kompatybilne z przemysłowymi systemami komunikacji. Oba czujniki są dostępne ze standardowymi przyłączami przemysłowymi, takimi jak ¾ ”NPT i 1” Tri-clamp, umożliwiając operatorom zastąpienie istniejącego czujnika temperatury na linii technologicznej SRV lub SRD, zapewniając oprócz tego dokładne informacje o płynach procesowych, takie jak gęstość i lepkość. pomiar temperatury za pomocą wbudowanego Pt1000 (dostępna DIN EN 60751 klasa AA, A, B).

 

SRD: Pojedynczy instrument, potrójna funkcja

SRD firmy Rheonics to wyjątkowy produkt, który zastępuje trzy różne przyrządy do pomiaru lepkości, gęstości i temperatury. Eliminuje to trudność w lokalizacji trzech różnych instrumentów i zapewnia niezwykle dokładne i powtarzalne pomiary w najtrudniejszych warunkach.

 

Elektronika zbudowana tak, aby pasowała do Twoich potrzeb

Dostępne w obudowie przetwornika w wykonaniu przeciwwybuchowym i niewielkim obudowie na szynę DIN, elektronika czujnika umożliwia łatwą integrację z rurociągami procesowymi i wewnątrz szaf urządzeń.

 

Łatwa integracja

Wiele analogowych i cyfrowych metod komunikacji zaimplementowanych w elektronice czujnika sprawia, że ​​podłączenie do przemysłowych sterowników PLC i systemów sterowania jest proste i proste.

 

Zgodność z ATEX i IECEx

Rheonics oferuje iskrobezpieczne czujniki certyfikowane przez ATEX i IECEx do stosowania w niebezpiecznych warunkach. Czujniki te spełniają zasadnicze wymagania w zakresie zdrowia i bezpieczeństwa dotyczące projektowania i budowy urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w przestrzeniach zagrożonych wybuchem.

Certyfikaty iskrobezpieczne i przeciwwybuchowe posiadane przez Rheonics pozwalają również na dostosowanie istniejącego czujnika, pozwalając naszym klientom uniknąć czasu i kosztów związanych z identyfikacją i testowaniem alternatywy. Można zastosować niestandardowe czujniki dla aplikacji, które wymagają jednej jednostki do tysięcy jednostek; z czasami realizacji tygodni w porównaniu do miesięcy.

Reonics SRV & SRD posiadają zarówno certyfikat ATEX, jak i IECEx.

Certyfikat ATEX (2014/34 / UE)

Czujniki iskrobezpieczne Rheonics z certyfikatem ATEX są zgodne z dyrektywą ATEX 2014/34 / UE i posiadają certyfikat iskrobezpieczeństwa do Ex ia. Dyrektywa ATEX określa minimalne i zasadnicze wymagania dotyczące zdrowia i bezpieczeństwa w celu ochrony pracowników zatrudnionych w niebezpiecznych atmosferach.

Czujniki Rheonics z certyfikatem ATEX są uznawane do użytku w Europie i na świecie. Wszystkie części z certyfikatem ATEX są oznaczone „CE” w celu wskazania zgodności.

Certyfikat IECEx

Iskrobezpieczne czujniki Rheonics są certyfikowane przez IECEx, Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną do certyfikacji norm związanych ze sprzętem do użytku w atmosferach wybuchowych.

Jest to międzynarodowy certyfikat, który zapewnia zgodność z wymogami bezpieczeństwa w obszarach niebezpiecznych. Czujniki Rheonics posiadają certyfikat iskrobezpieczeństwa Ex i.

Realizacja

Zainstaluj czujnik bezpośrednio w strumieniu procesowym, aby wykonywać pomiary lepkości i gęstości w czasie rzeczywistym. Nie jest wymagana linia obejściowa: czujnik może być zanurzony w linii, szybkość przepływu i wibracje nie wpływają na stabilność i dokładność pomiaru. Zoptymalizuj wydajność mieszania, zapewniając powtarzalne, kolejne i spójne testy płynu.

Integracja rozwiązań Rheonics w procesie produkcji elektrod

11

Sugerowane produkty do zastosowania

• Szeroki zakres lepkości - monitoruj cały proces
• Powtarzalne pomiary zarówno płynów newtonowskich, jak i nienewtonowskich, płynów jednofazowych i wielofazowych
• Konstrukcja wykonana w całości z metalu (stal nierdzewna 316L)
• Wbudowany pomiar temperatury płynu
• Kompaktowy kształt dla łatwej instalacji w istniejących liniach technologicznych
• Łatwy w czyszczeniu, nie wymaga konserwacji ani ponownej konfiguracji

• Pojedynczy przyrząd do pomiaru gęstości procesu, lepkości i temperatury
• Powtarzalne pomiary zarówno płynów newtonowskich, jak i nienewtonowskich, płynów jednofazowych i wielofazowych
• Konstrukcja wykonana w całości z metalu (stal nierdzewna 316L)
• Wbudowany pomiar temperatury płynu
• Kompaktowy kształt ułatwiający montaż w istniejących rurach
• Łatwy w czyszczeniu, nie wymaga konserwacji ani ponownej konfiguracji

Szukaj