Compreensão do Comportamento de Pós na Fabricação de Baterias

por Ai Kano, Thursday, 4th February 2021

※Este artigo é uma versão revisada do material AP113 da Freeman Technology para clientes japoneses※
 

A Relação entre Baterias, Pastas e Pós

 
As baterias de íons de lítio (Li-ion) são utilizadas como baterias recarregáveis ​​em uma ampla gama de aplicações, incluindo eletrônicos de consumo, ferramentas elétricas, automotivos e aeroespaciais, devido à sua alta densidade de energia, resistência à autodescarga e efeito de memória extremamente baixo.
Figura: As etapas comuns no processo de fabricação de baterias de íons de lítio
As várias etapas no processo dependem fortemente da qualidade da pasta produzida no início do processo. E as características da pasta dependem das propriedades dos pós misturados com aglutinantes e solventes, bem como do comportamento durante o processo de mistura.
Para garantir o desempenho ideal do processo e um produto final de alta qualidade, a pasta deve satisfazer critérios importantes como teor de partículas finas, viscosidade e conteúdo sólido. Em particular, a uniformidade dos sólidos afeta a eficiência da cobertura do substrato a partir da pasta. Portanto, é importante evitar a aglomeração dos pós durante os processos de mistura e dispersão.
 

Avaliação das Propriedades de Pós Relacionadas ao Processo

 
As propriedades de fluxo do pó são fatores determinantes no desempenho de mistura e dispersão na formação da pasta, influenciando características como comportamento de fluxo e aglomeração. Os dados a seguir mostram como as propriedades medidas usando o reômetro de pó FT4® estão correlacionadas com o processamento dentro da fabricação de baterias de íons de lítio.
 
Anodos foram fabricados usando três lotes de LiFePO4 adquiridos de diferentes fornecedores. Enquanto o Lote 1 produziu uma pasta homogênea, os Lotes 2 e 3 careciam de homogeneidade, levando a bloqueios que causaram paradas no sistema e produtos fora do padrão.
A análise dos pós materiais para esta situação é apresentada na figura acima. O SE quantifica o acoplamento físico e o grau de atrito entre as partículas. Como o valor de SE para o Lote 1 é baixo, é possível dispersar as partículas mais livremente, indicando menor potencial para a formação de aglomerados devido à ligação.
Além disso, a permeabilidade ao ar dos pós também foi verificada.
 
A permeabilidade descreve a capacidade do pó de liberar ou reter o ar que fluiu para o mesmo.
O aumento de queda de pressão registrado no Lote 1 indica uma baixa permeabilidade, provavelmente resultado de um empacotamento mais eficiente da camada de pó. Em geral, pós com uma estrutura de preenchimento regular fluem mais livremente, facilitando sua dispersão de maneira mais livre e uniforme. Além disso, uma baixa força de adesão reduz o risco de aglomeração.
Estes resultados sugerem que pós com baixo acoplamento físico, baixo grau de atrito e baixa permeabilidade são úteis para criar uma pasta homogênea destinada à fabricação de anodos na produção de baterias de íons de lítio. A abordagem multivariada do reômetro de pó FT4 permite quantificar com precisão estas características, possibilitando uma definição confiável das especificações dos pós.
 
Reômetro de Pó FT4

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