Informe del proceso de secado de baterías de iones de litio

Compartir tecnología | A&S POWER | Sep 01, 2023

Recientemente, el proceso seco se ha convertido en un tema candente en la industria. Este proceso se refiere a un método que no utiliza disolventes ni agua en la producción de electrodos para baterías de iones de litio. A continuación se ofrece una breve explicación de las razones por las que este proceso seco es tan esperado, así como la tecnología y el entorno relacionado necesarios para introducir este proceso.

 

Proceso de fabricación de baterías de iones de litio y sus problemas.


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El proceso general de fabricación de baterías de iones de litio se divide en el "proceso previo" antes de fabricar los electrodos y el "proceso posterior" de ensamblar las celdas de la batería y darle forma a la batería. La producción de electrodos en el proceso anterior adopta el método de recubrimiento. El material activo y el agente conductor se dispersan en un disolvente en el que se disuelve un aglutinante para formar una tinta (lechada). Luego, la tinta se aplica al colector de corriente de lámina metálica y, después del secado, se enrolla para formar un electrodo. Los electrodos suelen estar recubiertos por ambas caras.

 

El electrodo positivo utiliza PVdF como aglutinante y el disolvente utiliza disolvente orgánico NMP (N-metil-2-pirrolidona). Este solvente orgánico es un solvente inflamable, por lo que los edificios de la fábrica deben adoptar especificaciones de dise?o a prueba de explosiones.

 

Además, el punto de ebullición del NMP es de aproximadamente 204°C y la temperatura de secado es de 120-130°C. La temperatura es relativamente alta. Por tanto, se consume una gran cantidad de energía en el proceso de secado y existe el problema de grandes emisiones de CO2.

 

Además de los combustibles y el impacto ambiental, el costo del NMP en sí también es un gran problema. Por lo tanto, la NMP no puede consumirse ni desecharse mediante incineración, etc., y debe "reciclarse". Los equipos de reciclaje de NMP y los costos de reciclaje también se han convertido en una carga para la fabricación.

 

En el electrodo negativo, debido al gran calor latente de vaporización del agua, el consumo de energía del secado es inesperadamente grande. Teniendo en cuenta las emisiones y el coste del CO2, también hay llamados en la industria para cambiar a otros métodos.

 

Procesos secos como solución

 

Las desventajas del uso de NMP como solvente orgánico se introdujeron anteriormente, entre las cuales la "eliminación de solventes orgánicos" ha atraído la atención de la gente. Como método que no utiliza disolventes orgánicos, se hizo una solicitud en las primeras etapas de "?Se puede formar una suspensión de electrodo positivo en un sistema acuoso?" Sin embargo, en el proceso de promover el alto rendimiento de los materiales activos de electrodos positivos, los propios materiales activos se han vuelto inadecuados para el contacto con el agua (el rendimiento disminuirá si se exponen a la humedad durante mucho tiempo), y el proceso de utilizar una suspensión a base de agua para electrodos positivos no ha formado una gran tendencia hasta ahora.

 

Por eso, uno de los métodos que me viene a la mente es el proceso en seco. Este método no utiliza métodos de recubrimiento para fabricar electrodos, ni utiliza líquidos como agua y disolventes orgánicos. Por lo tanto, no es necesario secar ni reciclar el disolvente. El electrodo está hecho de un polvo mezclado únicamente de material activo, agente conductor y aglutinante, que luego se forma en escamas utilizando un método determinado.

 

La ventaja del proceso seco es que no requiere procesos de secado y reciclaje, pero por otro lado, resulta difícil formar capas delgadas de electrodos que antes eran relativamente fáciles. Uniformizar el material del electrodo y convertirlo en un electrodo extremadamente delgado requiere requisitos técnicos muy altos. El espesor de la capa de material del electrodo de corriente es de aproximadamente 50-100 μm (un solo lado y excluyendo el colector de corriente de lámina metálica). Para formar materiales activos en láminas de este espesor, los métodos convencionales no son viables. Sin embargo, se puede decir que el método de recubrimiento antes mencionado (método húmedo) es una muy buena solución para fabricar electrodos delgados.

 

Los procesos secos discutidos hasta ahora se dividen a grandes rasgos en dos tipos. Un método consiste en mezclar polvo aglutinante de resina termoplástica con materiales activos y agentes conductores, calentar para fundir la resina aglutinante y utilizar el aglutinante fundido para unir materiales activos y agentes conductores. Otro método consiste en utilizar PTFE (politetrafluoroetileno) como resina aglutinante, aplicar una fuerza de corte adecuada para amasar y hacer que el PTFE sea más fino (fibrizado) como aglutinante, y luego enrollarlo u otros métodos para hacerlo más delgado. El espesor se vuelve más delgado.


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