Monitoraggio della produzione di fanghi di batteria con viscosimetri in linea e densimetri

Tabella dei Contenuti

• 1. introduzione
• 2. Panoramica della produzione delle batterie
• 2.1 Produzione di fanghi e elettrodi per batterie
• 2.2 Importanza del controllo dei parametri di processo
• 3. Rheonics sensori in linea
• 3.1 Posizionamenti consigliati dei sensori
• 3.2 Correlazione con le misurazioni di laboratorio
• 3.3 Interpretazione dei dati di miscelazione
• 4. Riferimenti

Le batterie svolgono un ruolo centrale nella vita moderna: alimentano smartphone, veicoli elettrici e sistemi di energia rinnovabile. Con la crescita della domanda di batterie, la necessità di metodi di produzione di alta qualità, efficienti e sicuri diventa sempre più importante. Uno dei passaggi più critici nella produzione di batterie è garantire una formulazione coerente e accurata della miscela di anodi e catodi.

Anche piccole variazioni nelle proprietà della sospensione possono portare a difetti che riducono le prestazioni, accorciano la durata della batteria e aumentano l'impatto ambientale. Il monitoraggio della viscosità e della densità durante tutto il processo produttivo, in particolare durante la fabbricazione degli elettrodi, migliora significativamente la qualità del prodotto finale e l'efficienza produttiva.

La produzione delle batterie è solitamente suddivisa in tre fasi principali:

1. Produzione di elettrodi (miscelazione, rivestimento, essiccazione, calandratura, taglio, essiccazione sotto vuoto)
2. Assemblaggio cellulare (impilamento, imballaggio, riempimento elettrolitico)
3. Finitura cellulare (formatura, degasaggio, invecchiamento, collaudo)

Ogni fase prevede diverse operazioni unitarie, ma è nella fase di produzione degli elettrodi che è necessario garantire una qualità costante fin dall'inizio. Le celle delle batterie sono realizzate a partire da pile di fogli di elettrodi rivestiti, quindi le prestazioni dell'intera cella dipendono dalla qualità di ogni singolo foglio.

Il processo inizia con la preparazione della sospensione della batteria, una miscela di materiale attivo, leganti, additivi conduttivi e solventi. Le sospensioni catodiche e anodiche differiscono nella formulazione, ma entrambe richiedono omogeneità e stabilità.

La miscelazione della sospensione avviene in grandi recipienti in cui variabili come la temperatura, la velocità di miscelazione, il design delle pale e le condizioni atmosferiche influiscono sulla qualità finale. Dopo la miscelazione, la sospensione viene trasferita (tramite tubazioni o serbatoi sigillati) alla stazione di rivestimento, dove viene applicata su fogli metallici che vengono poi essiccati e trasformati in fogli per elettrodi.

Secondo il rapporto di RWTH Aachen [1], i fattori chiave che determinano la qualità del liquame includono:

• Omogeneità
• Dimensione delle particelle
• Purezza
• Viscosità

Mantenere questi parametri entro tolleranze rigorose è essenziale per produrre batterie uniformi e ad alte prestazioni. Rheonics I sensori in linea consentono ciò fornendo monitoraggio continuo e in tempo reale della viscosità e della densità—eliminando i ritardi dovuti al campionamento offline e consentendo un'azione correttiva immediata.

Rheonics offre due tipi avanzati di sensori in linea studiati appositamente per applicazioni con fanghi di batterie ed elettroliti:

• Sensore SRV – Misura la viscosità e la temperatura
• Sensore SRD – Misura simultaneamente viscosità, densità e temperatura

Entrambi i sensori sono progettati per resistere alle difficili condizioni industriali e fornire misurazioni precise e affidabili direttamente nella linea di processo o nel serbatoio.

Principali vantaggi:

• Monitoraggio continuo in linea
• Nessuna ricalibrazione richiesta
• Meno sprechi riducendo i ritardi di campionamento
• Elevata precisione e ripetibilità
• Abilita l'automazione completa dei processi

Rheonics I sensori possono essere installati in diverse fasi chiave del processo di rivestimento e miscelazione delle batterie:

• Materie prime in entrata: Verificare la viscosità o la densità prima di entrare in produzione.
• Serbatoi di miscelazione: Installare SRV all'interno del miscelatore per il monitoraggio della viscosità in tempo reale. Aiuta a rilevare tempestivamente omogeneità, errori di formulazione o contaminazione.
• Serbatoi di stoccaggio e di alimentazione: Utilizzare SRD nelle linee di ricircolo per prevenire la sedimentazione e garantire una composizione stabile del liquame.
• Processo di rivestimento: La tecnologia SRV garantisce un flusso di fanghi e uno spessore del rivestimento costanti, con un impatto diretto sulla qualità della batteria.
• Riempimento cellulare:Sia SRV che SRD possono monitorare le caratteristiche del flusso dell'elettrolita per garantire una corretta bagnatura e attivazione durante l'assemblaggio delle celle.

Rheonics I sensori che operano in una sospensione di batteria simile a un fluido non newtoniano molto probabilmente non forniranno la stessa lettura di viscosità di un viscosimetro da laboratorio come i misuratori rotazionali, poiché le tecnologie operano a velocità di taglio molto diverse. Rheonics SRV e SRD sono principalmente strumenti di controllo di processo. Dalle loro letture è possibile rilevare anche le più piccole deviazioni dai valori di riferimento in produzione, il che li rende ideali per il monitoraggio e il controllo di processo.

Tuttavia, se è necessario un allineamento con le letture di laboratorio, è possibile creare un modello di correlazione che trasforma le letture in linea per adattarle ai risultati di laboratorio. Questo modello può essere caricato nel firmware del sensore per un output regolato in tempo reale.

utilizzando Rheonics I sensori nei serbatoi di miscelazione forniscono informazioni molto dettagliate sul processo, sulla variazione della composizione del fluido e sulle prestazioni complessive del processo. Tuttavia, i processi di miscelazione possono anche indurre rumore nelle letture, principalmente nella viscosità. Questo rumore può anche essere rappresentativo dell'evoluzione del processo, poiché la riduzione del rumore di misura al raggiungimento della viscosità di setpoint è un indicatore dell'omogeneità del sistema. Una successiva deviazione dall'intervallo di tolleranza del setpoint può indicare artefatti, bolle o invecchiamento della sospensione. Garantire che viscosità e densità rimangano nell'intervallo di setpoint è un modo eccellente per confermare che il prodotto finale soddisfi gli obiettivi di composizione e consistenza per il controllo qualità.

I dati in tempo reale sulla viscosità e sulla densità forniscono informazioni approfondite sul comportamento della poltiglia:

• Valori di viscosità stabili nel tempo indicano una miscelazione costante.
• deviazioni improvvise può indicare contaminazione, bolle d'aria o degradazione del materiale.
• Misurazione bassa il rumore durante il raggiungimento del setpoint indica omogeneità.

[1] PROCESSO DI PRODUZIONE DELLE CELLE DELLE BATTERIE AGLI IONI DI LITIO. https://www.pem.rwth-aachen.de/global/show_document.asp?id=aaaaaaaaabdqbtk

[2] Materiali per Batterie . https://www.freemantech.co.uk/applications/battery-materials

[3] Riempimento dell'elettrolita di una cella agli ioni di litio . https://www.youtube.com/watch?si=6ksqM2v-ksH7vB_z&v=ceUSPNzxwls