Пропустить

Производство аккумуляторов - контроль качества и вязкости линий смешивания и нанесения покрытия из суспензии аккумуляторов

Аккумулятор-производство-производство-оптимизация-жидкость-вязкость

Введение

Литиевые батареи сохраняют безопасность и надежность как основы, так и комфорта современной жизни. У них есть длинный список реальных применений - электропитание бытовой электроники, электропитание (EV), хранение солнечной энергии, ИБП, системы сигнализации в удаленных местах, мобильное оборудование и портативные блоки питания. В настоящее время эта аккумуляторная технология находится на грани проведения революции в автомобильном транспорте и хранении энергии возобновляемых источников энергии. Производительность и срок службы батареи являются узким местом для электромобилей, а также стационарных систем накопления электрической энергии для проникновения на рынок. Одна вещь уже совершенно ясна: процессы в процессе производства батарей должны быть оптимизированы для достижения целевых свойств и поддержания качества.

Нортвольт-Этт-2000
Аккумулятор GigaFactory | НортВольт АБ

Цели производителей аккумуляторов

Устойчивое развитие — снижение потребления энергии и сырья

Производители аккумуляторов стремятся максимально снизить воздействие на окружающую среду. Необходим круговой производственный подход, использование чистой энергии для производства аккумуляторных элементов и добросовестный поиск сырья.

Некоторые ищут способы переработки батарей с истекшим сроком службы и повторного использования материалов обратно в производство, чтобы «замкнуть цикл».

Стабильный, конкурентоспособный производственный процесс

Все аккумуляторные решения имеют ячейку в качестве «наименьшего общего знаменателя». Для большей емкости батарея состоит из множества маленьких ячеек, соединенных последовательно и параллельно. В мире производства аккумуляторов это особенно верно: ни один аккумулятор не мощнее, чем его самый слабый элемент.

Может существовать значительная разница в сроке службы и качестве лучших и худших элементов. Повторяя и стабилизируя производственные процессы, аккумуляторные решения для требовательных приложений будут более качественными.

Увеличение производственных мощностей

Ведущие производители аккумуляторов, включая CATL, Panasonic, LG Chem, Samsung SDI и SK Innovation, борются за получение заказов от мировых автопроизводителей. При этом они также являются отличным стимулом друг для друга. Расширение производственных мощностей резко ускорилось, поскольку доля электромобилей в мировом объеме продаж автомобилей стала выглядеть значительной. Совокупная мощность достигла 129 ГВтч в конце 2018 года. Согласно Counterpoint Research, ожидается, что к 800 году совокупная мощность производства аккумуляторов для электромобилей увеличится почти до 2025 ГВтч, в основном за счет расширения ведущих игроков.
Аккумуляторные гигафабрики
Аккумулятор GigaЗаводы в Европе

Аккумуляторные фабрики GigaFactory в Европе | https://www.orovel.net/insights/li-on-battery-gigafactories-in-europe-june-2020

Производство аккумуляторов

Первым этапом сборки ячейки является нанесение суспензии, содержащей активный материал, проводящий материал и полимерное связующее в растворителе, на медную или алюминиевую пленку (приготовление суспензии и нанесение покрытия). Затем следует сушка, календарная обработка и калибровка электродов. Чтобы обеспечить желаемые электрохимические характеристики, многоступенчатый процесс изготовления электродов батареи необходимо тщательно контролировать. Суспензии представляют собой очень сложную суспензионную систему, содержащую большой процент твердых частиц различных химикатов, размеров и форм в высоковязкой среде. Для получения однородности необходимо тщательное перемешивание суспензии. Реологические свойства суспензий влияют на важные характеристики: стабильность суспензии, легкость смешивания и характеристики покрытия, которые влияют на готовые электроды. Состав и применяемые условия обработки могут влиять на реологию полученной суспензии. Плотность и вязкость определяют свойства текучести и характеризуют степень структуры образца и степень доминирования твердого или жидкого поведения. В процессе изготовления электродов вязкость компонентов в процессе производства особенно важна и играет решающую роль в процессах изготовления батарей, таких как покрытие. Вязкость раствора полимерного связующего влияет на характеристики покрытия. Это влияет на легкость, с которой порошки распределяются в нем, мощность, необходимую для смешивания, и скорость нанесения равномерного покрытия. Теория пористого электрода (ПЭТ) предполагает влияние плотности положительного электрода на общую производительность литий-ионных аккумуляторных элементов, подтвержденную экспериментами. Ячейки с высокой плотностью положительного электрода показывают немного более высокую разрядную емкость при низких скоростях тока, но при высоких скоростях тока элементы с низкой плотностью положительного электрода показывают лучшие характеристики.

Шаги в процессе производства батареи

Этапы производства аккумуляторов

BatteryBits на Medium | https://medium.com/batterybits/battery-manufacturing-basics-from-catls-cell-production-line-part-1-d6bb6aa0b499

Постановка задачи

Дисперсия компонентов суспензии и их состояния, которые определяют физические свойства суспензий, имеют решающее значение при проектировании и разработке процессов смешивания и нанесения покрытия для производства литий-ионных аккумуляторов.

  • Обычные способы производства суспензий электродов с ионно-литиевой батареей (LIB) основаны на периодических или квазинепрерывных процессах.
  • Непрерывный процесс перемешивания состоит из контролируемого дозирования всех жидких и твердых компонентов и микрораспределения твердых частиц в жидкой фазе.

Чувствительная химия клеток означает, что экономия времени и средств не может быть достигнута за счет качества, которое должно оставаться очень высоким. Контроль плотности и вязкости для оптимизации периодических процессов обеспечивает стабильность, качество и значительную экономию материалов. Контроль процесса и отслеживаемость процесса непрерывного перемешивания могут быть улучшены с помощью встроенного контроля и контроля плотности и вязкости. Автоматизация, поддерживаемая поточной интеграцией, позволяет оптимизировать все процессы на всех производственных линиях, чтобы ускорить производство аккумуляторов для удовлетворения растущих потребностей.

Проблемы процесса

Мониторинг и контроль важных параметров электродной суспензии - плотности и вязкости - чрезвычайно важны при разработке и производстве электродов с высокими рабочими характеристиками и их изготовлении. Основные причины:

  • Во время перемешивания навозной жижи ненужное перемешивание ухудшается и со временем разрушает внутренние структуры. Цель состоит в том, чтобы добиться тщательного смешивания компонентов с максимальной однородностью и без дробления частиц. Контроль плотности обеспечивает правильный состав материала и составную часть, а контроль вязкости обеспечивает постоянство процесса приготовления суспензии.
  • Суспензия с высокой вязкостью вызывает проблемы в процессе нанесения покрытия, а плохая диспергируемость приводит к низкой однородности пленки. Равномерность толщины покрытия и плотности слоя имеют решающее значение для обеспечения контроля над сроком службы (время цикла перезарядки) и скоростью переноса ионов батареи, а регулирование толщины слоя позволяет создавать батареи меньшего размера. Контроль вязкости необходим для достижения однородной толщины покрытия и минимальных отклонений толщины покрытия.
  • Более высокая вязкость суспензии аккумулятора повышает устойчивость к седиментации при стоянии и обеспечивает более толстую электродную пленку при нанесении покрытия. Более высокая вязкость может также затруднить контроль процесса нанесения покрытия, что может привести к нерегулярному покрытию и переменной плотности слоя, что, в свою очередь, приводит к изменяющейся скорости переноса ионов и, следовательно, к непредсказуемому времени жизни батареи (и непредсказуемому времени цикла перезарядки).
  • Плотность электродов влияет на производительность цикла и необратимую потерю емкости в литий-ионных батареях. Его необходимо отслеживать и контролировать в соответствующих диапазонах в зависимости от требований в процессе календаря.

Предложение реоники

Автоматическое линейное измерение и контроль вязкости имеет решающее значение для контроля параметров электродной суспензии на этапах приготовления суспензии и нанесения покрытия и сушки в процессе производства батареи, в то время как плотность электрода должна тщательно контролироваться на стадии календаря для улучшения характеристик батареи. Rheonics предлагает следующие решения для управления и оптимизации процессов в процессе производства многошаговых аккумуляторов:

  1. В очереди Вязкость измерения: Rheonics 'SRV Это линейное устройство для измерения вязкости широкого диапазона с встроенным измерением температуры жидкости, способное в реальном времени обнаруживать изменения вязкости в любом технологическом потоке.
  2. В очереди Вязкость и плотность измерения: Rheonics 'SRD это встроенный прибор для одновременного измерения плотности и вязкости с измерением температуры встроенной жидкости. Если измерение плотности важно для вашей работы, SRD - это лучший датчик для удовлетворения ваших потребностей, с эксплуатационными возможностями, аналогичными SRV, и точными измерениями плотности.
Оптимизация производства аккумуляторов

Преимущество Rheonics

Компактный форм-фактор

SRV и SRD от Rheonics имеют очень маленький форм-фактор для простой OEM и модифицированной установки. Это обеспечивает легкую интеграцию в любой технологический поток с предельной легкостью.

Нет падения давления в технологическая линия

SRV и SRD Rheonics вызывают незначительное падение давления в технологической линии. Измерения вязкости и плотности чрезвычайно точны и легко повторяются в ньютоновских, а также неньютоновских, однофазных и многофазных жидкостях.

 

Нечувствителен к условиям монтажа: возможна любая конфигурация

Rheonics SRV и SRD используют уникальный запатентованный коаксиальный резонатор, в котором два конца датчиков вращаются в противоположных направлениях, сводя на нет реактивные моменты их монтажа и, следовательно, делая их абсолютно нечувствительными к условиям монтажа.

 

Точные, быстрые и надежные измерения

Сложная, запатентованная электроника 3-го поколения управляет этими датчиками и оценивает их реакцию. Сверхбыстрая и надежная электроника в сочетании с комплексными вычислительными моделями делают устройства Rheonics одними из самых быстрых и точных в отрасли. SRV и SRD дают точные измерения вязкости (и плотности с SRD) в режиме реального времени каждую секунду и не зависят от изменений расхода!

 

Превосходный дизайн датчика и технология

SRD и SRV от Rheonics имеют очень маленький форм-фактор для простой OEM и модифицированной установки. Это обеспечивает легкую интеграцию в любой технологический поток с предельной легкостью. Их легко чистить, они не требуют обслуживания или перенастройки и прекрасно совместимы с промышленными системами связи. Оба датчика доступны со стандартными технологическими присоединениями, такими как-”NPT и 1” Tri-зажим, позволяющий операторам заменить существующий датчик температуры в своей технологической линии на SRV или SRD, предоставляя очень ценную и полезную информацию о рабочей жидкости, такую ​​как плотность и вязкость, а также точную измерение температуры с использованием встроенного Pt1000 (DIN EN 60751 класса AA, A, B доступны).

 

SRD: один инструмент, тройная функция

SRD Rheonics - это уникальный продукт, который заменяет три разных прибора для измерения вязкости, плотности и температуры. Это устраняет сложность совместного размещения трех различных инструментов и обеспечивает чрезвычайно точные и повторяемые измерения в самых суровых условиях.

 

Электроника построена в соответствии с вашими потребностями

Электроника датчика, имеющаяся как во взрывозащищенном корпусе преобразователя, так и на DIN-рейке малого форм-фактора, обеспечивает простую интеграцию в технологические трубопроводы и внутри шкафов с оборудованием.

 

Простота интеграции

Многочисленные аналоговые и цифровые методы связи, реализованные в электронике датчика, делают подключение к промышленному ПЛК и системам управления простым и понятным.

 

Соответствие ATEX и IECEx

Rheonics предлагает искробезопасные датчики, сертифицированные ATEX и IECEx для использования в опасных средах. Эти датчики соответствуют основным требованиям безопасности и гигиены труда, касающимся проектирования и изготовления оборудования и защитных систем, предназначенных для использования в потенциально взрывоопасных средах.

Искробезопасные и взрывозащищенные сертификаты, проводимые Rheonics, также позволяют настраивать существующий датчик, позволяя нашим клиентам избежать затрат времени и средств, связанных с идентификацией и тестированием альтернативы. Пользовательские датчики могут быть предоставлены для приложений, которые требуют от одной единицы до тысяч единиц; с временем выполнения недель против месяцев.

Rheonics SRV & SRD сертифицированы как ATEX, так и IECEx.

Сертифицировано ATEX (2014 / 34 / EU)

Сертифицированные ATEX искробезопасные датчики Rheonics соответствуют Директиве ATEX 2014/34 / EU и имеют сертификат искробезопасности Ex ia. Директива ATEX определяет минимальные и основные требования, касающиеся здоровья и безопасности, для защиты работников, работающих во взрывоопасных средах.

Сертифицированные ATEX датчики Rheonics признаны для использования в Европе и во всем мире. Все сертифицированные ATEX детали отмечены знаком «CE» для обозначения соответствия.

Сертифицировано IECEx

Искробезопасные датчики Rheonics сертифицированы Международной электротехнической комиссией IECEx для сертификации по стандартам, относящимся к оборудованию для использования во взрывоопасных средах.

Это международная сертификация, которая обеспечивает соблюдение правил безопасности при использовании в опасных зонах. Датчики Rheonics сертифицированы для искробезопасности Ex i.

Реализация

Непосредственно установите датчик в ваш технологический поток для измерения вязкости и плотности в режиме реального времени. Обходной линии не требуется: датчик может быть погружен в линию, расход и вибрации не влияют на стабильность и точность измерений. Оптимизируйте производительность смешивания, проводя повторные, последовательные и последовательные испытания жидкости.

Интеграция решений Rheonics в процессе производства электродов

11

Предлагаемые продукты для применения

• Широкий диапазон вязкости - контроль всего процесса
• Повторяющиеся измерения в ньютоновских и неньютоновских жидкостях, однофазных и многофазных жидкостях
• Цельнометаллическая конструкция (нержавеющая сталь 316L)
• Встроенное измерение температуры жидкости
• Компактный форм-фактор для простой установки в существующие технологические линии
• Легко чистится, не требует обслуживания или перенастройки

• Единый прибор для измерения технологической плотности, вязкости и температуры
• Повторяющиеся измерения в ньютоновских и неньютоновских жидкостях, однофазных и многофазных жидкостях
• Цельнометаллическая конструкция (нержавеющая сталь 316L)
• Встроенное измерение температуры жидкости
• Компактный форм-фактор для простой установки в существующие трубы
• Легко чистится, не требует обслуживания или перенастройки

Поиск