Přejít k hlavnímu obsahu
+41 52 511 3200 (SUI)     + 1 713 364 5427 (USA)     

Výroba baterií - kontrola hustoty a viskozity linií pro míchání a potahování baterií

aplikace baterií-sledování kašovité viskozity

Úvod

Lithiové baterie udržují základní i komfortní moderní život s bezpečností a spolehlivostí. Mají dlouhý seznam aplikací v reálném světě - napájení spotřební elektroniky, napájení elektrických vozidel (EV), skladování solární energie, UPS, poplachové systémy na vzdálených místech, mobilní zařízení a přenosné napájecí zdroje. V současné době je tato technologie baterií na pokraji převratu v silniční dopravě a skladování energie z obnovitelných zdrojů. Výkon baterií a životnost představují překážku pro elektrická vozidla i pro stacionární systémy skladování elektrické energie pro proniknutí na trh. Jedna věc je již zcela jasná: procesy během výroby baterií musí být optimalizovány, aby se dosáhlo cílových vlastností a udržely se kvalita.

2

Aplikace

Prvním krokem při sestavování článku je nanášení suspenze obsahující aktivní materiál, vodivý materiál a polymerní pojivo v rozpouštědle na měděný film nebo hliníkový film (příprava suspenze a potahování). Poté následuje sušení, kalendářování a dimenzování elektrod. Pro zajištění žádoucího elektrochemického výkonu je třeba pečlivě kontrolovat vícestupňový proces výroby bateriových elektrod. Kaše jsou velmi složitý suspenzní systém obsahující velké procento pevných částic různých chemikálií, velikostí a tvarů ve vysoce viskózním médiu. Důkladné promíchání kejdy je nezbytné pro homogenitu. Reologické vlastnosti suspenze ovlivňují důležité atributy: stabilitu suspenze, snadné míchání a účinnost potahování, které ovlivňují hotové elektrody. Složení a použité podmínky zpracování mohou mít dopad na reologii výsledné suspenze. Hustota a viskozita kvantifikují tokové vlastnosti a charakterizují stupeň struktury ve vzorku a míru, v níž dominuje chování podobné pevným nebo kapalným látkám. V procesu výroby elektrod je viskozita složek v procesu obzvláště významná a hraje zásadní roli při výrobě baterií, jako je povlékání. Viskozita roztoku polymerního pojiva ovlivňuje výkon potahování. Ovlivňuje snadnost, s jakou jsou v něm dispergovány prášky, síla potřebná pro míchání a rychlost nanášení rovnoměrného povlaku. Teorie porézní elektrody (PET) naznačuje význam kladné hustoty elektrod pro celkový výkon lithium-iontových článků baterie, ověřený experimenty. Články s vysokou kladnou hustotou elektrod vykazují o něco vyšší výbojovou kapacitu při nízkých proudových rychlostech, ale při vysokých proudových rychlostech vykazují články s nízkou hustotou kladných elektrod lepší výkon.

Kroky v procesu výroby baterií

3

Problémové prohlášení

Disperze složek kalu a jejich stavy, které určují fyzikální vlastnosti kalů, jsou rozhodující při navrhování a vývoji procesů míchání a potahování pro výrobu lithium-iontových baterií.

  • Konvenční způsoby výroby kalů z elektrod lithium-iontových baterií (LIB) jsou založeny na dávkových nebo kvazi kontinuálních procesech.
  • Proces kontinuálního míchání spočívá v řízeném dávkování všech kapalných a pevných složek a mikro distribuci pevných částic v kapalné fázi.

Citlivá chemie buněk znamená, že úspory času a nákladů nemohou přijít na úkor kvality, která musí zůstat velmi vysoká. Řízení hustoty a viskozity pro optimalizaci dávkových procesů zajišťuje konzistenci, kvalitu a významné úspory nákladů na materiál. Řízení procesu a sledovatelnost procesu kontinuálního míchání lze zlepšit přímým monitorováním a kontrolou hustoty a viskozity. Automatizace podporovaná in-line integrací umožňuje optimalizovat všechny procesy na všech výrobních linkách, aby se výroba baterií zrychlila a splnily rostoucí požadavky.

Výzvy v procesu

Monitorování a řízení důležitých parametrů kaše elektrod - hustota a viskozita jsou nesmírně důležité při vývoji a výrobě vysoce výkonných elektrod a při jejich výrobě. Klíčové důvody:

  • Během míchání kaše (krok 1) nežádoucí míchání časem zhoršuje a degraduje vnitřní struktury. Cílem je dosáhnout důkladného promísení složek s maximální homogenitou a bez rozpadu částic. Regulace hustoty zajišťuje správné složení materiálu a podíl složek a kontrola viskozity zajišťuje konzistenci procesu přípravy suspenze.
  • Kaše s vysokou viskozitou způsobuje problémy v procesu potahování (krok-2) a špatná dispergovatelnost vede k nízké uniformitě filmu. Rovnoměrnost tloušťky povlaku a hustoty vrstvy jsou rozhodující pro zajištění kontroly doby životnosti (doba nabíjení) a rychlosti přenosu iontů baterie, zatímco regulace tloušťky vrstvy umožňuje vytvoření menší baterie. Kontrola viskozity je nezbytná pro dosažení homogenní tloušťky povlaku a minimálních odchylek tloušťky povlaku.
  • Vyšší viskozita kašovité baterie zvyšuje odolnost proti sedimentaci při stání a poskytuje silnější elektrodový film na povlak. Vyšší viskozita může také ztěžovat řízení procesu potahování, což může vést k nepravidelnému potahování a proměnné hustotě vrstvy, což zase vede k proměnlivé rychlosti přenosu iontů a tudíž k nepředvídatelné době životnosti baterie (a nepředvídatelné doby dobíjecího cyklu).
  • Hustota elektrod má vliv na výkon cyklu a nevratnou ztrátu kapacity lithium-iontových baterií. Je třeba jej sledovat a kontrolovat ve vhodných rozsazích na základě požadavku v procesu kalendářování (krok 3).

Propozice Rheonics

Automatizované in-line měření a regulace viskozity je rozhodující pro řízení parametrů elektrodové suspenze ve fázích přípravy a potahování a sušení ve výrobním procesu baterií, zatímco hustota elektrod musí být ve fázi kalendářování pečlivě sledována, aby se dosáhlo lepšího výkonu baterie. Společnost Rheonics nabízí následující řešení pro řízení a optimalizaci procesu ve vícestupňovém procesu výroby baterií:

  1. V souladu Viskozita Měření: Rheonics 'SRV je širokospektrální zařízení pro měření viskozity in-line s vestavěným měřením teploty tekutiny a je schopné detekovat změny viskozity v jakémkoli procesním proudu v reálném čase.
  2. V souladu Viskozita a hustota Měření: Rheonics 'SRD je in-line simultánní přístroj na měření hustoty a viskozity s vestavěným měřením teploty tekutiny. Pokud je pro vaši činnost důležité měření hustoty, SRD je nejlepším senzorem, který vyhoví vašim potřebám, s provozními schopnostmi podobnými SRV a přesným měřením hustoty.

Výhoda Rheonics

Kompaktní tvarový faktor

SRV a SRD společnosti Rheonics mají velmi malý tvarový faktor pro jednoduchou instalaci OEM a dodatečnou montáž. Umožňuje snadnou integraci do jakéhokoli procesního proudu s extrémní lehkostí.

 

Žádný pokles tlaku procesní řádek

SRV a SRD společnosti Rheonics způsobují nevýznamný pokles tlaku v procesní lince. Měření viskozity a hustoty jsou extrémně přesné a vysoce opakovatelné v newtonovských i nenewtonských, jednofázových a vícefázových kapalinách.

 

Necitlivý na montážní podmínky: Je možná jakákoli konfigurace

Rheonics SRV a SRD používají jedinečný patentovaný koaxiální rezonátor, ve kterém se dva konce senzorů krouží v opačných směrech, ruší točivé momenty při jejich montáži a tím je činí zcela necitlivými na montážní podmínky.

 

Přesná, rychlá a spolehlivá měření

Sofistikovaná, patentovaná elektronika 3. generace řídí tyto senzory a vyhodnocuje jejich odezvu. Díky velmi rychlé a robustní elektronice v kombinaci s komplexními výpočetními modely se zařízení Rheonics řadí mezi nejrychlejší a nejpřesnější v oboru. SRV a SRD poskytují měření v reálném čase, přesnou viskozitu (a hustotu s SRD) každou sekundu a nejsou ovlivněny kolísáním průtoku!

 

Špičkový design a technologie senzorů

SRD a SRV společnosti Rheonics mají velmi malý tvarový faktor pro jednoduchou instalaci OEM a dodatečnou montáž. Umožňuje snadnou integraci do jakéhokoli procesního proudu s extrémní lehkostí. Snadno se čistí a nevyžadují žádnou údržbu ani nové konfigurace a jsou dokonale kompatibilní s průmyslovými komunikačními systémy. Oba senzory jsou k dispozici s průmyslovými standardními procesními připojeními, jako je ¾ “NPT a 1” Tri-clamp, což operátorům umožňuje nahradit existující teplotní senzor v jejich procesní linii za SRV nebo SRD a poskytnout kromě vysoce přesné a účinné informace o procesní tekutině, jako je hustota a viskozita, kromě přesné měření teploty pomocí zabudovaného Pt1000 (k dispozici DIN EN 60751 třída AA, A, B).

 

SRD: Jeden nástroj, trojitá funkce

Rheonics 'SRD je jedinečný produkt, který nahrazuje tři různé přístroje pro měření viskozity, hustoty a teploty. Eliminuje obtížné umístění tří různých nástrojů a poskytuje extrémně přesná a opakovatelná měření v nejnáročnějších podmínkách.

 

Elektronika postavená podle vašich potřeb

Snímací elektronika, která je k dispozici v krytu převodníku odolném proti výbuchu i v malém provedení na DIN lištu, umožňuje snadnou integraci do procesních potrubí a do skříní strojů.

 

Snadná integrace

Mnoho analogových a digitálních komunikačních metod implementovaných v senzorové elektronice umožňuje snadné a snadné připojení k průmyslovým PLC a řídicím systémům.

 

Shoda s ATEX a IECEx

Rheonics nabízí jiskrově bezpečné senzory certifikované ATEX a IECEx pro použití v nebezpečném prostředí. Tyto senzory splňují základní požadavky na ochranu zdraví a bezpečnost související s návrhem a konstrukcí zařízení a ochranných systémů určených pro použití v prostředí s nebezpečím výbuchu.

Certifikace jiskrově bezpečné a odolné proti výbuchu, které vlastní Rheonics, také umožňují přizpůsobení stávajícího senzoru, což našim zákazníkům umožňuje vyhnout se časům a nákladům spojeným s identifikací a testováním alternativy. Vlastní senzory mohou být poskytovány pro aplikace, které vyžadují jednu jednotku až tisíce jednotek; s dodací lhůtou týdnů versus měsíce.

Rheonika SRV & SRD jsou certifikovány ATEX i IECEx.

ATEX (2014/34 / EU) Certifikováno

Senzory pro jiskrovou bezpečnost certifikované společností ATEX společnosti Rheonics vyhovují směrnici ATEX 2014/34 / EU a jsou certifikovány pro jiskrovou bezpečnost do Ex ia. Směrnice ATEX specifikuje minimální a základní požadavky týkající se zdraví a bezpečnosti na ochranu zaměstnanců zaměstnaných v nebezpečných atmosférách.

Senzory ATEX certifikované společností Rheonics jsou uznávány pro použití v Evropě i na mezinárodní úrovni. Všechny certifikované součásti ATEX jsou označeny značkou „CE“, což znamená shodu.

Certifikováno podle IECEx

Vnitřně bezpečné senzory společnosti Rheonics jsou certifikovány IECEx, Mezinárodní elektrotechnickou komisí pro certifikaci norem týkajících se zařízení pro použití ve výbušném prostředí.

Jedná se o mezinárodní certifikaci, která zajišťuje bezpečnost při používání v nebezpečných oblastech. Senzory Rheonics jsou certifikovány pro vnitřní bezpečnost do Ex i.

Implementace

Nainstalujte snímač přímo do procesního proudu, abyste mohli provádět měření viskozity a hustoty v reálném čase. Není potřeba žádné obtokové potrubí: snímač může být ponořen do potrubí, průtok a vibrace neovlivňují stabilitu a přesnost měření. Optimalizujte výkon míchání poskytováním opakovaných, po sobě jdoucích a konzistentních testů na tekutině.

Integrace řešení společnosti Rheonics do výrobního procesu elektrod

11

Navrhované produkty pro aplikaci

• Široký rozsah viskozity - sledujte celý proces
• Opakovatelná měření v newtonských i nenewtonských tekutinách, jednofázových i vícefázových tekutinách
• Celokovová konstrukce (nerezová ocel 316L)
• Vestavěné měření teploty tekutin
• Kompaktní tvarový faktor pro jednoduchou instalaci do stávajících výrobních linek
• Snadné čištění, není nutná žádná údržba ani nová konfigurace

• Jediný přístroj pro měření hustoty, viskozity a teploty procesu
• Opakovatelná měření v newtonských i nenewtonských tekutinách, jednofázových i vícefázových tekutinách
• Celokovová konstrukce (nerezová ocel 316L)
• Vestavěné měření teploty tekutin
• Kompaktní tvarový faktor pro jednoduchou instalaci do stávajících potrubí
• Snadné čištění, není nutná žádná údržba ani nová konfigurace

Vyhledávání