Elementi chiave nella produzione di batterie agli ioni di litio

I parametri critici significano che la competenza è essenziale quando si tratta di sviluppare tecnologie di dosaggio

Il settore della mobilità elettrica è in continua evoluzione e soggetto a un rapido ritmo di sviluppo. I produttori di batterie agli ioni di litio e gli OEM sono consapevoli che, anche se i parametri tecnici cambiano continuamente, un elemento deve sempre rimanere invariato per competere sul mercato internazionale: la qualità delle celle. Una competenza approfondita e interdisciplinare è la chiave per garantire questa qualità nonostante le modifiche ai complessi processi produttivi. ViscoTec è in grado di garantirla e, se necessario, di offrire a ogni cliente soluzioni personalizzate. Siamo in grado di modificare i nostri progetti per soddisfare i requisiti individuali, per assicurare a ogni cliente il sistema di riempimento di elettroliti perfetto per la sua applicazione. Non si tratta di un compito facile, poiché gli elettroliti sono materiali complicati.

Le Gigafactories riescono a produrre celle in tempi di ciclo sempre più brevi - 40 celle al minuto non sono rare. In questo contesto, le aziende sono costrette a concentrarsi in particolare sui processi di riempimento e bagnatura, in quanto entrambe le fasi del processo sono tra le più critiche in termini di tempo e qualità durante l'assemblaggio delle celle.

il "riempimento" è il processo di riempimento dell'elettrolito nelle celle della batteria sotto vuoto, mentre la "bagnatura" avviene quando l'elettrolito penetra nella struttura porosa dell'elettrodo e del separatore, provocando un contatto elettrico quando gli ioni migrano.

L'elettrolita in una batteria agli ioni di litio consiste in un solvente come il carbonato di etilene, il carbonato di propilene o il carbonato di dimetile, a cui viene aggiunto un sale di litio. Il sale di litio più comunemente utilizzato è l'esafluorofosfato di litio (LiPF6). È un elemento importante negli elettroliti di diverse batterie agli ioni di litio e rappresenta circa il 43% dei costi complessivi. Rispetto ad altri elettroliti, l'esafluorofosfato di litio ha una migliore solubilità, conduttività, sicurezza ed ecocompatibilità nei solventi organici ed è attualmente il sale di litio più popolare per gli elettroliti.

ViscoTec ha progettato una tecnologia di dosaggio specifica per questo elettrolita con una viscosità di ~ 100 - 250 mPas @20°C e una densità di ~1,1 - 1,3 g/cm³, utilizzando solo materiali compatibili con il processo e che garantiscono una lunga durata in condizioni difficili.

Questo è particolarmente importante perché l'elettrolita ha i suoi svantaggi. Subisce una reazione anche quando l'umidità dell'aria è bassa, formando il micidiale acido fluoridrico. Essendo lipofilo, può causare una morte quasi istantanea se la pelle o le mucose vi sono esposte, anche solo per un breve momento. Il fluoruro di calcio e il fluoruro di magnesio (nessuno dei quali è facilmente solubile) si formano in profondità nei tessuti e causano ingenti danni all'equilibrio elettrolitico dell'organismo.

Per questo motivo il processo di riempimento elettrolitico viene eseguito in stanze asciutte, poiché l'aria secca generata in queste stanze elimina l'umidità dai materiali. Questi locali sono estremamente complessi da progettare e, quindi, molto costosi da costruire. È quindi essenziale che, in fase di progettazione dell'impianto, la tecnologia di dosaggio scelta possa garantire la stabilità del processo e una lunga durata. Queste considerazioni sono altrettanto importanti per il processo complessivo, in quanto la tecnologia di dosaggio può avere un impatto considerevole sulla qualità delle due fasi di processo "riempimento" e "bagnatura"

Il riempimento delle celle con involucro rigido ha un elemento critico: il tempo.

Con un involucro metallico, la velocità di dosaggio è limitata per evitare pressioni di dosaggio eccessive che possono distruggere la struttura della cella. La situazione è diversa nelle celle a sacchetto: in questo caso, l'aumento della velocità espande il contenitore solo per un breve momento. Quando si pianificano le linee di produzione, i costruttori di macchine dovrebbero quindi prendere in considerazione concetti per il riempimento di involucri metallici sia in parallelo, utilizzando diverse unità, sia utilizzando una sola unità che alimenta diverse stazioni.

La bagnatura non è meno critica in termini di tempo. A causa della porosità degli elettrodi e del separatore, un'ampia superficie deve essere completamente bagnata in un breve lasso di tempo. A seconda delle dimensioni della cella, questo processo può richiedere da 10 a 45 minuti, o anche di più (per le celle prismatiche o a sacchetto più grandi). I produttori di celle stanno quindi progettando materiali separatori che assorbono l'elettrolita più rapidamente.

Sia il processo di riempimento che quello di bagnatura influiscono sulle prestazioni di una batteria. Se le aree non sono completamente bagnate, le cariche non possono essere scambiate e le aree sono quindi inattive, con conseguenti problemi di qualità. Senza dimenticare il rischio per la sicurezza: a causa delle aree non bagnate, nella cella scorrono correnti diverse. Il risultato è una crescita dendritica che può causare cortocircuiti e distruggere la cella.

Sulla base del fatto che la domanda di celle continuerà a crescere, lo specialista del dosaggio ViscoTec intende continuare a espandere le proprie tecnologie. L'obiettivo è aiutare gli OEM e i produttori di celle a produrre celle agli ioni di litio in modo più sicuro ed efficiente, garantendo al contempo il massimo livello di qualità.