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Production de batteries - Contrôle de la qualité de la densité et de la viscosité des lignes de mélange et de revêtement des boues de batteries

applications-batterie-suspension-viscosité-surveillance

Introduction

Les batteries au lithium assurent le fonctionnement essentiel et le confort de la vie moderne avec sécurité et fiabilité. Ils ont une longue liste d'applications dans le monde réel: alimentation pour l'électronique grand public, alimentation pour véhicules électriques (VE), stockage de l'énergie solaire, onduleurs, systèmes d'alarme dans des régions isolées, équipements de mobilité et blocs d'alimentation portables. Actuellement, cette technologie de batterie est sur le point de révolutionner le transport routier et le stockage d’énergie des énergies renouvelables. Les performances et la durée de vie de la batterie constituent un goulot d'étranglement pour les véhicules électriques ainsi que les systèmes de stockage d'énergie électrique fixes pour pénétrer le marché. Une chose est déjà parfaitement claire: les processus tout au long de la fabrication de la batterie doivent être optimisés pour atteindre les propriétés recherchées et maintenir la qualité.

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Application

La première étape de l'assemblage de la cellule est le dépôt d'une suspension contenant le matériau actif, le matériau conducteur et le liant polymère dans un solvant sur un film de cuivre ou un film d'aluminium (préparation et revêtement de suspension). Ceci est suivi par le séchage, le calandrage et le dimensionnement des électrodes. Pour offrir des performances électrochimiques souhaitables, le processus de fabrication en plusieurs étapes des électrodes de batterie doit être étroitement contrôlé. Les boues sont un système de suspension très complexe contenant un grand pourcentage de particules solides de différents produits chimiques, tailles et formes dans un milieu hautement visqueux. Un mélange minutieux du lisier est essentiel pour l'homogénéité. Les propriétés rhéologiques des boues affectent des attributs importants: stabilité de la boue, facilité de mélange et performances de revêtement, qui ont un impact sur les électrodes finies. La composition et les conditions de traitement appliquées peuvent avoir un impact sur la rhéologie de la suspension résultante. La densité et la viscosité quantifient les propriétés d'écoulement et caractérisent le degré de structure dans l'échantillon et la mesure dans laquelle le comportement de type solide ou liquide domine. Dans le processus de fabrication d'électrodes, la viscosité des constituants en cours de processus est particulièrement importante et joue un rôle critique dans les processus de fabrication de batteries tels que le revêtement. La viscosité de la solution de liant polymère affecte les performances du revêtement. Il influe sur la facilité avec laquelle les poudres y sont dispersées, la puissance requise pour le mélange et la vitesse d'application d'un revêtement uniforme. La théorie des électrodes poreuses (PET) suggère la pertinence de la densité d'électrodes positives sur les performances globales des cellules de batterie au lithium-ion, validée par des expériences. Les cellules avec une densité d'électrode positive élevée montrent une capacité de décharge légèrement plus élevée à de faibles taux de courant, mais à des taux de courant élevés, les cellules avec une faible densité d'électrode positive présentent de meilleures performances.

Étapes du processus de fabrication de la batterie

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Énoncé du problème

La dispersion des constituants des boues et leurs états, qui déterminent les propriétés physiques des boues, sont essentiels pour la conception et le développement de procédés de mélange et de revêtement pour la production de batteries au lithium-ion.

  • Les méthodes de production conventionnelles pour les boues d'électrodes à batterie Lithium-Ion (LIB) reposent sur des procédés discontinus ou quasi continus.
  • Le processus de mélange en continu consiste en un dosage contrôlé de tous les composants liquides et solides et en une micro-distribution des particules solides dans la phase liquide.

La chimie sensible des cellules signifie que les économies de temps et d'argent ne peuvent pas être réalisées au détriment de la qualité, qui doit rester très élevée. Le contrôle de la densité et de la viscosité pour optimiser les processus de traitement par lots garantit la cohérence, la qualité et des économies de coûts significatives sur les matériaux. Le contrôle et la traçabilité du processus de mélange en continu peuvent être améliorés grâce à la surveillance en ligne et au contrôle de la densité et de la viscosité. L’automatisation soutenue par une intégration en ligne permet d’optimiser l’ensemble des processus sur les lignes de production afin d’accélérer la fabrication des batteries pour répondre à la demande croissante.

Problèmes de processus

Surveillance et contrôle des paramètres importants de la suspension d'électrodes - la densité et la viscosité sont extrêmement pertinentes dans le développement et la fabrication d'électrodes haute performance et sa fabrication. Principales raisons:

  • Lors du mélange du lisier (Step-1), une agitation inutile se détériore et dégrade les structures internes avec le temps. L’objectif est d’obtenir un mélange en profondeur des constituants avec une homogénéité maximale et sans fragmentation des particules. Le contrôle de la densité assure une composition correcte du matériau et la fraction des constituants. Le contrôle de la viscosité assure la cohérence du processus de préparation de la suspension.
  • Une suspension à haute viscosité pose des problèmes lors du processus de revêtement (Step-2) et une faible dispersibilité entraîne une faible uniformité du film. L'uniformité de l'épaisseur du revêtement et de la densité de la couche est cruciale pour garantir le contrôle de la durée de vie (temps de cycle de recharge) et du taux de transfert d'ions de la batterie, tandis que la régulation de l'épaisseur de la couche permet de créer une batterie plus petite. Le contrôle de la viscosité est essentiel pour obtenir une épaisseur de revêtement homogène et des écarts d'épaisseur de revêtement minimaux.
  • La viscosité plus élevée de la suspension de batterie augmente la résistance à la sédimentation au repos et délivre un film d'électrode plus épais sur le revêtement. La viscosité plus élevée peut également rendre le processus de revêtement plus difficile à contrôler, ce qui peut conduire à un revêtement irrégulier et à une densité de couche variable, ce qui entraîne un taux de transfert ionique variable et donc une durée de vie imprévisible de la batterie (et un temps de cycle de recharge imprévisible).
  • La densité d'électrodes a un effet sur les performances du cycle et sur la perte de capacité irréversible dans les batteries lithium-ion. Il doit être surveillé et contrôlé dans les plages appropriées en fonction des exigences du processus de calendrier (Step-3).

La proposition rhéonique

La mesure et le contrôle de la viscosité en ligne automatisés sont essentiels pour contrôler les paramètres de la suspension d'électrode au cours des étapes de préparation, d'enrobage et de séchage de la batterie, tandis que la densité de l'électrode doit être surveillée de près à l'étape de calandrage pour améliorer les performances de la batterie. Rheonics propose les solutions suivantes pour le contrôle et l'optimisation de processus dans le processus de fabrication de batteries à plusieurs étapes:

  1. En ligne Viscosité des mesures: VRS de Rheonics est un dispositif de mesure de viscosité en ligne à large plage avec mesure de température de fluide intégrée et capable de détecter les changements de viscosité dans n'importe quel flux de processus en temps réel.
  2. En ligne Viscosité et densité des mesures: SRD de Rheonics est un instrument de mesure simultané en ligne de la densité et de la viscosité avec mesure de la température du fluide intégrée. Si la mesure de la densité est importante pour vos opérations, SRD est le meilleur capteur pour répondre à vos besoins, avec des capacités opérationnelles similaires à celles du SRV ainsi que des mesures de densité précises.

L'avantage de Rheonics

Facteur de forme compact

Les SRV et SRD de Rheonics ont un facteur de forme très réduit pour une installation OEM simple et ultérieure. Il permet une intégration facile dans tout flux de processus avec une extrême facilité.

 

Aucune chute de pression dans la ligne de processus

Les SRV et SRD de Rheonics entraînent une chute de pression non significative dans la chaîne de traitement. Les mesures de viscosité et de densité sont extrêmement précises et reproductibles dans les fluides newtoniens et non newtoniens, monophasés et multiphasés.

 

Insensible aux conditions de montage: toute configuration possible

Rheonics SRV et SRD utilisent un résonateur coaxial breveté unique, dans lequel deux extrémités des capteurs se tordent dans des directions opposées, annulant les couples de réaction sur leur montage et les rendant ainsi totalement insensibles aux conditions de montage.

 

Mesures précises, rapides et fiables

Des composants électroniques sophistiqués et brevetés de la génération 3rd pilotent ces capteurs et évaluent leur réponse. L'électronique ultra-rapide et robuste, associée à des modèles informatiques complets, fait des dispositifs Rheonics l'un des plus rapides et des plus précis du secteur. SRV et SRD fournissent des mesures en temps réel et précises de la viscosité (et de la densité avec SRD) toutes les secondes et ne sont pas affectées par les variations de débit!

 

Conception et technologie de capteur supérieures

Les SRD et SRV de Rheonics ont un facteur de forme très réduit pour une installation OEM simple et ultérieure. Il permet une intégration facile dans tout flux de processus avec une extrême facilité. Ils sont faciles à nettoyer, ne nécessitent ni maintenance ni reconfiguration et sont parfaitement compatibles avec les systèmes de communication industriels. Les deux capteurs sont disponibles avec des raccords de process standard tels que ”NPT and 1”. Ils permettent aux opérateurs de remplacer un capteur de température existant dans leur chaîne de traitement par SRV ou SRD, fournissant ainsi des informations extrêmement précieuses et exploitables sur les fluides de process, telles que la densité et la viscosité. mesure de la température à l'aide d'un Pt1000 intégré (DIN EN 60751 Classe AA, A, B disponible).

 

SRD: Instrument unique, triple fonction

Le SRD de Rheonics est un produit unique qui remplace trois instruments différents pour les mesures de viscosité, de densité et de température. Il élimine la difficulté de co-localiser trois instruments différents et fournit des mesures extrêmement précises et reproductibles dans les conditions les plus difficiles.

 

Électronique construite pour répondre à vos besoins

Disponible à la fois dans un boîtier de transmetteur antidéflagrant et dans un montage sur rail DIN compact, le système électronique du capteur permet une intégration aisée dans les canalisations de processus et dans les armoires d'équipement des machines.

 

Facile à intégrer

Les multiples méthodes de communication analogiques et numériques implémentées dans l'électronique du capteur permettent une connexion simple et directe à des automates industriels et à des systèmes de contrôle.

 

Conformité ATEX et IECEx

Rheonics propose des capteurs de sécurité intrinsèque certifiés ATEX et IECEx pour une utilisation dans des environnements dangereux. Ces capteurs sont conformes aux exigences essentielles de sécurité et de santé relatives à la conception et à la construction des équipements et des systèmes de protection destinés à être utilisés dans des atmosphères potentiellement explosives.

Les certifications intrinsèquement sûres et antidéflagrantes détenues par Rheonics permettent également de personnaliser un capteur existant, ce qui permet à nos clients d’éviter le temps et les coûts associés à l’identification et au test d’une solution de remplacement. Des capteurs personnalisés peuvent être fournis pour les applications nécessitant une unité allant jusqu'à plusieurs milliers d'unités. avec des délais de plusieurs semaines.

Rhéonique SRV & SRD sont tous deux certifiés ATEX et IECEx.

Certifié ATEX (2014 / 34 / EU)

Les capteurs à sécurité intrinsèque certifiés ATEX de Rheonics sont conformes à la directive ATEX 2014/34 / UE et sont certifiés pour la sécurité intrinsèque à Ex ia. La directive ATEX spécifie les exigences minimales et essentielles liées à la santé et à la sécurité pour protéger les travailleurs employés dans des atmosphères dangereuses.

Les capteurs certifiés ATEX de Rheonics sont reconnus pour une utilisation en Europe et dans le monde. Toutes les pièces certifiées ATEX sont marquées «CE» pour indiquer la conformité.

Certifié IECEx

Les capteurs à sécurité intrinsèque de Rheonics sont certifiés par IECEx, la Commission électrotechnique internationale, pour la certification aux normes relatives aux équipements destinés à être utilisés dans des atmosphères explosives.

Il s’agit d’une certification internationale qui garantit la conformité en matière de sécurité pour une utilisation dans des zones dangereuses. Les capteurs Rheonics sont certifiés pour la sécurité intrinsèque à Ex i.

Mise en œuvre

Installez directement le capteur dans votre flux de processus pour effectuer des mesures de viscosité et de densité en temps réel. Aucune ligne de dérivation n'est requise: le capteur peut être immergé en ligne, le débit et les vibrations n'affectent pas la stabilité et la précision de la mesure. Optimisez les performances du mélange en fournissant des tests répétés, consécutifs et cohérents sur le fluide.

Intégration de la solution Rheonics dans le processus de fabrication des électrodes

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Produits suggérés pour l'application

• Large plage de viscosité - surveillez le processus complet
• Mesures répétables dans les fluides newtoniens et non newtoniens, fluides monophasés et multiphasés
• Construction entièrement en métal (acier inoxydable 316L)
• Mesure de la température du fluide intégrée
• Facteur de forme compact pour une installation simple dans des lignes de processus existantes
• Facile à nettoyer, aucun entretien ni reconfiguration nécessaire

• Instrument unique pour la mesure de la densité de process, de la viscosité et de la température
• Mesures répétables dans les fluides newtoniens et non newtoniens, fluides monophasés et multiphasés
• Construction entièrement en métal (acier inoxydable 316L)
• Mesure de la température du fluide intégrée
• Facteur de forme compact pour une installation simple dans des tuyaux existants
• Facile à nettoyer, aucun entretien ni reconfiguration nécessaire

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