Soluciones de análisis del material de precursor de cátodo

Los materiales de cátodo típicos, como el óxido de litio-níquel-cobalto-aluminio (NCA, por sus siglas en inglés) y el óxido de litio-níquel-manganeso-cobalto (NMC, por sus siglas en inglés), se producen mediante la coprecipitación de materiales de precursor de hidróxido de metal de transición, seguida de la calcinación (litiación y oxidación) con un compuesto de litio. La coprecipitación es un proceso lento: empieza por la nucleación, seguida del crecimiento de las partículas primarias y, finalmente, la aglomeración de las partículas secundarias más grandes. Todo el proceso puede tardar entre 20 y 40 horas, en función de su eficacia.

Muchos parámetros, incluidos la composición de la pulpa, el pH, la temperatura y la velocidad de agitación, afectan la eficacia de la coprecipitación. La optimización de estos parámetros desempeña una función fundamental en la calidad y el rendimiento de los materiales de precursor de cátodo de la batería. Para supervisarlos y controlarlos en tiempo real a fin de mejorar la eficiencia del proceso de coprecipitación, ofrecemos una amplia gama de soluciones analíticas. Además, nuestras soluciones también pueden ayudarlo a garantizar que su material del precursor cuente con las propiedades deseadas.

¿Cómo puedo optimizar mis materiales de precursor de cátodo?

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La calidad y el rendimiento de los precursores de cátodo se pueden optimizar midiendo y controlando los siguientes parámetros:

Tamaño de las partículas: las partículas del precursor nuclean, crecen y, luego, se aglomeran para formar partículas secundarias más grandes. Para garantizar la máxima eficiencia de producción, estas partículas deben crecer por sobre su tamaño objetivo en el menor tiempo posible. Por lo tanto, la medición del tamaño de las partículas durante el tiempo de evolución del precursor es una forma importante de ajustar con precisión los parámetros del proceso en el reactor de pulpa.

Nuestro analizador de tamaño de partículas en línea automatizado Insitec es ideal para realizar estas mediciones en un entorno de producción, ya que ofrece análisis en tiempo real cada pocos segundos. Con un bucle de retroalimentación, esta información se puede utilizar para ajustar parámetros como el pH, la temperatura o la velocidad de agitación. Además, también puede garantizar la sinergia con flujos de procesos de fabricación inteligente. Esto proporciona resultados de alta calidad: normalmente, una planta de fabricación de cátodos que produce 1000 kg de material de cátodo al día puede ahorrar hasta USD 200 000 al año mediante el análisis del tamaño de partículas de pulpa de precursor con Insitec.

Nuestro Mastersizer también se puede utilizar para medir con precisión la distribución del tamaño de las partículas para el control de calidad, incluso en el laboratorio.

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Forma de las partículas: la forma de las partículas desempeña una función importante en la formación de partículas secundarias estables y puede influir de forma significativa en el rendimiento de los precursores (densidad compactada), así como en la calidad del material final del cátodo. Por ejemplo, es más probable que las partículas alargadas se rompan y se vuelvan a disolver en una pulpa agitada a alta velocidad.

Para que los fabricantes puedan analizar y optimizar la forma de las partículas, nuestra herramienta de obtención de imágenes ópticas Morphologi 4 se puede utilizar para medir parámetros como la circularidad, la elongación/relación de aspecto, el diámetro equivalente circular (CE, por sus siglas en inglés) y la transparencia, con su análisis de imágenes totalmente automatizado.

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Composición química e impurezas: para lograr una composición química óptima en los materiales del cátodo final, primero debe controlarse a nivel de precursor. La fluorescencia de rayos X (XRF, por sus siglas en inglés), que puede analizar la composición química y las impurezas desde solo unas pocas ppm hasta un 100 %, es la mejor técnica para analizar la composición química.

En concreto, la XRF proporciona una forma más sencilla y precisa de medir la composición elemental que la espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP, por sus siglas en inglés), ya que no requiere dilución de muestras ni digestión ácida. Muchas de las principales empresas que fabrican baterías utilizan nuestros espectrómetros de XRF de mesa de trabajo E4 o WDXRF Zetium para analizar la composición de sus materiales de precursor y cátodo.

Fase cristalina: la fase cristalina corresponde a la estructura de los materiales a escala atómica, es decir, la escala a la que se produce u obstaculiza el transporte iónico o electrónico. La composición de la fase cristalina del precursor puede proporcionar una indicación temprana de la calidad del material del cátodo final. Para analizar con precisión la composición de la fase cristalina de los materiales de precursor de cátodo, los fabricantes pueden utilizar nuestro difractómetro de rayos X compacto Aeris, un instrumento fácil de utilizar y que proporciona una calidad de datos extraordinaria.

Potencial zeta: la precipitación de partículas de la solución del precursor del cátodo se basa en la interacción de partículas primarias (de 50 a 100 nm) para formar partículas secundarias más grandes (de 10 a 20 µm). El potencial zeta se puede utilizar para analizar y ajustar los valores de pH y temperatura con el fin de optimizar estas interacciones. Nuestro Zetasizer mide con precisión el potencial zeta y también puede complementar su I+D en la síntesis de precursores.