Les matériaux typiques de la cathode, tels que le NCA et le NMC, sont produits par co-précipitation des matériaux précurseurs d'hydroxyde de métal de transition, suivie d'une cuisson (lithiation et oxydation) avec un composé de lithium. La co-précipitation est un processus lent. Cela commence par la nucléation, qui s'ensuit par la croissance des particules primaires, et enfin l'agglomération des particules secondaires plus grandes. L'ensemble du processus peut durer entre 20 et 40 heures, selon l'efficacité du processus. 
 
De nombreux paramètres, notamment la composition des slurry, le pH, la température et la vitesse d'agitation, affectent l'efficacité de la co-précipitation. L'optimisation de ces paramètres joue un rôle clé dans la qualité et le rendement des matériaux des précurseurs de cathode des batteries. Pour les surveiller et les contrôler en temps réel en vue d'améliorer l'efficacité du processus de co-précipitation, nous proposons une gamme de solutions d'analyse. Par ailleurs, nos solutions peuvent également vous aider à vous assurer que vos matériaux de précurseurs présentent les propriétés souhaitées.

Comment puis-je optimiser mes matériaux de précurseur de cathode ?

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La qualité et le rendement du précurseur de cathode peuvent être optimisés en mesurant et en contrôlant les paramètres suivants : 

Taille des particules : les particules du précurseur se nucléent, se développent puis s'agglomèrent pour former des particules secondaires plus grandes. Pour garantir une efficacité de production optimale, ces particules doivent dépasser leur taille cible le plus rapidement possible. La mesure de la taille des particules par rapport au temps d'évolution des précurseurs est donc un moyen important de régler avec précision les paramètres du procédé dans le réacteur de slurry.

Notre granulomètre automatisé en ligne Insitec est idéal pour réaliser ces mesures dans un environnement de production, car il offre une analyse en temps réel toutes les quelques secondes. À l'aide d'une boucle de rétroaction, ces informations peuvent être utilisées pour ajuster des paramètres tels que le pH, la température ou la vitesse d'agitation. De plus, il peut également assurer une synergie avec les flux de processus de fabrication intelligents. Cela permet d'obtenir des rendements élevés : en général, une usine de fabrication de cathode produisant 1 000 kg de matériau de cathode par jour peut économiser jusqu'à 200 000 USD par an en analysant la taille des particules de slurry précurseur avec l'Insitec.

Notre Mastersizer 3000 peut également être utilisé pour mesurer avec précision la distribution granulométrique pour le contrôle qualité, y compris en laboratoire.

Précurseur de cathode 2.png

Forme des particules : la forme des particules joue un rôle important dans la formation de particules secondaires stables et peut influencer de manière significative le rendement des précurseurs (masse volumique tassée), ainsi que la qualité du matériau de cathode final. Par exemple, les particules allongées sont plus susceptibles de se briser et de se dissoudre à nouveau dans un slurry agité à haut débit.

Pour permettre aux fabricants d'analyser et d'optimiser la forme des particules, Morphologi 4, notre outil d'imagerie optique, peut être utilisé pour mesurer des paramètres tels que la circularité, le rapport élongation/aspect, le diamètre du cercle équivalent (CE) et la transparence, grâce à son analyse d'image entièrement automatisée.

Précurseur de cathode 3.png

Composition chimique et impuretés : pour obtenir une composition chimique optimale dans les matériaux de cathode finaux, elle doit d'abord être contrôlée au niveau du précurseur. La fluorescence X (XRF), qui peut analyser la composition chimique et les impuretés à partir de quelques ppm jusqu'à 100 %, est la meilleure technique pour analyser la composition chimique.

Plus précisément, la fluorescence X offre un moyen plus simple et plus précis de mesurer la composition élémentaire que la spectrométrie de masse par plasma à couplage inductif (ICP), car elle ne nécessite pas de dilution d'échantillon ou de digestion acide. De nombreuses grandes entreprises de batteries utilisent nos spectromètres de paillasse XRF E4 ou Zetium WDXRF pour analyser la composition des matériaux de cathode et de précurseur.

Phase cristalline : la phase cristalline fait référence à la structure des matériaux à l'échelle atomique, c'est-à-dire l'échelle à laquelle le transport ionique ou électronique se produit ou est entravé. La composition en phase cristalline du précurseur peut fournir une indication précoce de la qualité du matériau de cathode final. Pour analyser avec précision la composition en phase cristalline des matériaux précurseurs de cathode, les fabricants peuvent utiliser notre diffractomètre à rayons X compact Aeris, un instrument facile à utiliser avec une qualité de données exceptionnelle.

Potentiel zêta : la précipitation des particules de la solution précurseur de la cathode repose sur des particules primaires (de 50 à 100 nm) qui interagissent pour former des particules secondaires plus grandes (de 10 à 20 µm). Le potentiel zêta peut être utilisé pour analyser et ajuster les valeurs de pH et de température afin d'optimiser ces interactions. Notre Zetasizer mesure avec précision le potentiel zêta et peut également compléter votre activité de R&D sur la synthèse des précurseurs.

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