Comprender el Comportamiento de Polvos en la Fabricación de Baterías
※Este artículo es una revisión del material AP113 de la empresa Freeman Technology para clientes en Japón※
Relación entre Baterías, Slurry y Polvos
Las baterías de iones de litio (Li-ion) se utilizan ampliamente como baterías recargables en aplicaciones eléctricas de consumo, herramientas eléctricas, automoción e industria aeroespacial debido a su alta densidad de energía, resistencia a la autodescarga y un efecto memoria extremadamente bajo.
Figura: Pasos típicos del proceso en la fabricación de baterías de iones de litio
Las diversas etapas dentro del proceso dependen en gran medida de la calidad del slurry creado al inicio del proceso. Las características del slurry dependen de las propiedades del polvo mezclado con aglutinantes y disolventes, así como del comportamiento durante el proceso de mezcla.
Para garantizar un rendimiento óptimo del proceso y un producto final de alta calidad, es necesario cumplir con criterios clave en el estado del slurry, como el contenido de finos, viscosidad y sólidos. En particular, la uniformidad de los sólidos afecta la eficiencia de cobertura del sustrato desde el slurry. Por lo tanto, es esencial evitar la aglomeración de polvos durante el proceso de mezcla y dispersión.
Evaluación de las Propiedades del Polvo Relacionadas con el Proceso
Las propiedades de flujo de los polvos son críticas para determinar la mezcla y el rendimiento de dispersión en la formación de slurry, e influyen en las características que afectan al comportamiento de flujo y aglomeración. Los datos siguientes muestran cómo las propiedades medidas con un reómetro de polvo FT4® se correlacionan con el procesamiento en el interior del proceso de fabricación de baterías de Li-ion.
Se fabricaron ánodos utilizando tres lotes diferentes de LiFePO4 adquiridos de distintos proveedores. Mientras que el lote 1 generó un slurry homogéneo, los lotes 2 y 3 carecían de homogeneidad y experimentaron obstrucciones que resultaron en paradas del sistema o productos fuera de especificación.
El análisis de los materiales en polvo en este momento se muestra arriba. SE cuantifica el grado de interbloqueo friccional y físico entre partículas. El valor SE bajo en el lote 1 sugiere que las partículas pueden dispersarse más libremente, con menos probabilidad de que se formen aglomerados debido a la unión.
Además, la permeabilidad al aire del polvo fue verificada.
La permeabilidad describe la capacidad de los polvos para liberar o retener aire entrante.
El aumento registrado en la caída de presión para el lote 1 indica una disminución en la permeabilidad, probablemente debido a un llenado más eficiente de la capa de polvo. En general, los polvos con una estructura de relleno más ordenada fluyen más libremente, permitiendo una dispersión más uniforme y libre. Además, cuando la cohesión es baja, el riesgo de aglomeración se reduce.
Estos resultados sugieren que, para crear un slurry homogéneo para la producción de ánodos en la fabricación de baterías de Li-ion, son útiles los polvos con bajo interbloqueo friccional y baja permeabilidad. Un enfoque multivariante usando un reómetro de polvo FT4 permite cuantificar con precisión estas características, asegurando la definición adecuada de las especificaciones del polvo.
Reómetro de polvo FT4
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