Monitorování výroby bateriové suspenze pomocí inline viskozimetrů a hustoměrů

Obsah

• 1. Úvod
• 2. Přehled výroby baterií
• 2.1 Výroba bateriové suspenze a elektrod
• 2.2 Důležitost řízení procesních parametrů
• 3. Rheonics inline senzory
• 3.1 Doporučené umístění senzorů
• 3.2 Korelace s laboratorními měřeními
• 3.3 Interpretace dat míchání
• 4. Reference

Baterie hrají v moderním životě ústřední roli – pohánějí chytré telefony, elektromobily a systémy obnovitelné energie. S rostoucí poptávkou po bateriích je stále důležitější potřeba vysoce kvalitních, efektivních a bezpečných výrobních metod. Jedním z nejdůležitějších kroků při výrobě baterií je zajištění konzistentního a přesného složení anodové a katodové suspenze.

I malé odchylky ve vlastnostech suspenze mohou vést k vadám, které snižují výkon, zkracují životnost baterií a zvyšují dopad na životní prostředí. Monitorování viskozity a hustoty v průběhu celé výroby – zejména během výroby elektrod – významně zlepšuje kvalitu konečného produktu a efektivitu výroby.

Výroba baterií se obvykle dělí do tří hlavních fází:

1. Výroba elektrod (míchání, potahování, sušení, kalandrování, řezání, vakuové sušení)
2. Sestavení buňky (stohování, balení, plnění elektrolytem)
3. Dokončování buněk (tváření, odplyňování, stárnutí, testování)

Každá fáze zahrnuje několik jednotkových operací, ale právě fáze výroby elektrod je místem, kde je třeba zajistit konzistentní kvalitu již od začátku. Bateriové články se vyrábějí ze svazků potažených elektrodových plechů – takže výkon celého článku závisí na kvalitě každého jednotlivého plechu.

Proces začíná přípravou bateriové suspenze, což je směs aktivního materiálu, pojiv, vodivých přísad a rozpouštědel. Katodové a anodové suspenze se liší složením, ale obě vyžadují homogenitu a stabilitu.

Míchání suspenze probíhá ve velkých nádobách, kde konečnou kvalitu ovlivňují proměnné, jako je teplota, rychlost míchání, konstrukce lopatek a atmosférické podmínky. Po smíchání se suspenze (potrubím nebo uzavřenými nádržemi) přepraví do povlakovací stanice, kde se nanáší na kovové fólie, které se poté suší a zpracovávají na elektrodové plechy.

Podle zprávy RWTH Aachen [1] patří mezi klíčové faktory, které ovlivňují kvalitu kejdy:

• Homogenita
• velikost částic
• Čistota
• Viskozita

Udržování těchto parametrů v rámci přísných tolerancí je nezbytné pro výrobu jednotných vysoce výkonných baterií. Rheonics inline senzory to umožňují tím, že poskytují nepřetržité monitorování viskozity a hustoty v reálném čase—eliminace zpoždění způsobeného offline vzorkováním a umožnění okamžitých nápravných opatření.

Rheonics nabízí dva pokročilé typy inline senzorů přizpůsobené pro aplikace s bateriovou suspenzí a elektrolytem:

• Senzor SRV – Měří viskozitu a teplotu
• SRD senzor – Měří viskozitu, hustotu a teplotu současně

Oba senzory jsou navrženy tak, aby odolaly náročným průmyslovým podmínkám a poskytovaly přesná a spolehlivá měření přímo v procesním potrubí nebo nádrži.

Hlavní výhody:

• Nepřetržité inline monitorování
• Není nutná žádná rekalibrace
• Méně odpadu díky zkrácení zpoždění při odběru vzorků
• Vysoká přesnost a opakovatelnost
• Povolit plnou automatizaci procesů

Rheonics Senzory lze instalovat v několika klíčových fázích procesu výroby suspenze a povlakování baterií:

• Vstupní surovinyPřed zahájením výroby ověřte viskozitu nebo hustotu.
• Míchací nádržeNainstalujte SRV do míchačky pro sledování viskozity v reálném čase. Pomáhá včas odhalit homogenitu, chyby ve formulaci nebo kontaminaci.
• Skladovací a zásobní nádržePoužívejte SRD v recirkulačních potrubích, abyste zabránili sedimentaci a zajistili stabilní složení suspenze.
• Proces potahováníSRV zajišťuje konzistentní tok suspenze a tloušťku povlaku, což má přímý vliv na kvalitu baterie.
• Výplň buněkSRV i SRD mohou monitorovat charakteristiky toku elektrolytu, aby zajistily správné smáčení a aktivaci během sestavování článku.

Rheonics Senzory pracující v nenewtonovské kapalině podobné bateriové suspenzi s největší pravděpodobností neposkytnou stejnou hodnotu viskozity jako laboratorní viskozimetry, jako jsou rotační měřiče, protože technologie pracují s velmi odlišnými smykovými rychlostmi. Rheonics SRV a SRD jsou převážně přístroje pro řízení procesů. Z jejich údajů lze detekovat i ty nejmenší odchylky od základní hodnoty ve výrobě, což je činí ideálními pro monitorování a řízení procesů.

Pokud je však vyžadováno sladění s laboratorními údaji, je možné vytvořit korelační model, který transformuje naměřené hodnoty tak, aby odpovídaly laboratorním výsledkům. Tento model lze nahrát do firmwaru senzoru pro úpravu výstupu v reálném čase.

Použití Rheonics Senzory v míchací nádržích poskytují velmi užitečné informace o procesu, změně složení kapaliny a celkovém výkonu procesu. Procesy míchání však mohou také způsobovat šum v odečtech, zejména ve viskozitě. Tento šum může také naznačovat vývoj procesu, protože snížení šumu měření, jakmile proces dosáhne požadované hodnoty viskozity, je indikátorem homogenity systému. Pozdější odchylka od toleranční obálky požadované hodnoty může naznačovat artefakty, bubliny nebo stárnutí suspenze. Zajištění, aby viskozita a hustota zůstaly v rámci požadované obálky, je vynikajícím způsobem, jak potvrdit, že konečný produkt splňuje cíle složení a konzistence pro kontrolu kvality.

Data o viskozitě a hustotě v reálném čase poskytují hluboký vhled do chování suspenze:

• Stabilní hodnoty viskozity v průběhu času naznačují konzistentní míchání.
• Náhlé odchylky může signalizovat kontaminaci, vzduchové bubliny nebo degradaci materiálu.
• Nízké měření Hluk během dosahování požadované hodnoty indikuje homogenitu.

PROCES VÝROBY LITHIUM-IONOVÝCH BATERIOVÝCH ČLÁNKŮ. https://www.pem.rwth-aachen.de/global/show_document.asp?id=aaaaaaaaabdqbtk

Materiály pro baterie. https://www.freemantech.co.uk/applications/battery-materials

Plnění elektrolytem lithium-iontového článku . https://www.youtube.com/watch?si=6ksqM2v-ksH7vB_z&v=ceUSPNzxwls