Praćenje proizvodnje baterijske suspenzije pomoću linijskih viskozimetara i mjerača gustoće

Tablica sadržaja

• 1. Uvod
• 2. Pregled proizvodnje baterija
• 2.1 Proizvodnja suspenzije i elektroda za baterije
• 2.2 Važnost kontrole parametara procesa
• 3. Rheonics linijski senzori
• 3.1 Preporučeni položaji senzora
• 3.2 Korelacija s laboratorijskim mjerenjima
• 3.3 Tumačenje podataka miješanja
• 4. Reference

Baterije igraju središnju ulogu u modernom životu – napajaju pametne telefone, električna vozila i sustave obnovljive energije. Kako potražnja za baterijama raste, potreba za visokokvalitetnim, učinkovitim i sigurnim metodama proizvodnje postaje sve važnija. Jedan od najvažnijih koraka u proizvodnji baterija je osiguranje dosljedne i točne formulacije anodne i katodne suspenzije.

Čak i male varijacije u svojstvima suspenzije mogu dovesti do nedostataka koji smanjuju performanse, skraćuju vijek trajanja baterije i povećavaju utjecaj na okoliš. Praćenje viskoznosti i gustoće tijekom cijele proizvodnje - posebno tijekom proizvodnje elektroda - značajno poboljšava kvalitetu konačnog proizvoda i učinkovitost proizvodnje.

Proizvodnja baterija obično se dijeli u tri glavne faze:

1. Proizvodnja elektroda (miješanje, premazivanje, sušenje, kalandriranje, rezanje, vakuumsko sušenje)
2. Sastavljanje ćelija (slaganje, pakiranje, punjenje elektrolita)
3. Završna obrada ćelija (oblikovanje, otplinjavanje, starenje, ispitivanje)

Svaka faza uključuje nekoliko jediničnih operacija, ali faza proizvodnje elektroda je mjesto gdje se dosljedna kvaliteta mora osigurati od samog početka. Baterijske ćelije izrađuju se od hrpa obloženih ploča elektroda - tako da performanse cijele ćelije ovise o kvaliteti svake pojedine ploče.

Proces započinje pripremom suspenzije za baterije, smjese aktivnog materijala, veziva, vodljivih aditiva i otapala. Katodne i anodne suspenzije razlikuju se po formulaciji, ali obje zahtijevaju homogenost i stabilnost.

Miješanje suspenzije odvija se u velikim posudama gdje varijable poput temperature, brzine miješanja, dizajna lopatica i atmosferskih uvjeta utječu na konačnu kvalitetu. Nakon miješanja, suspenzija se prenosi (cijevima ili zatvorenim spremnicima) do stanice za premazivanje, gdje se nanosi na metalne folije koje se zatim suše i prerađuju u elektrodne ploče.

Prema izvješću RWTH Aachen [1], ključni čimbenici koji određuju kvalitetu gnojnice uključuju:

• Homogenost
• Veličina čestice
• Čistoća
• Viskoznost

Održavanje ovih parametara unutar strogih tolerancija ključno je za proizvodnju ujednačenih visokoučinkovitih baterija. Rheonics Ugrađeni senzori to omogućuju pružanjem kontinuirano praćenje viskoznosti i gustoće u stvarnom vremenu—uklanjanje kašnjenja zbog uzorkovanja izvan mreže i omogućavanje trenutnih korektivnih mjera.

Rheonics nudi dva napredna tipa linijskih senzora prilagođena primjenama u baterijskim suspenzijama i elektrolitima:

• SRV senzor – Mjeri viskoznost i temperaturu
• SRD senzor – Istovremeno mjeri viskoznost, gustoću i temperaturu

Oba senzora su dizajnirana da izdrže zahtjevne industrijske uvjete i daju točna i pouzdana mjerenja izravno u procesnoj liniji ili spremniku.

Glavne prednosti:

• Kontinuirano praćenje u liniji
• Nije potrebna ponovna kalibracija
• Manje otpada smanjenjem kašnjenja uzorkovanja
• Visoka preciznost i ponovljivost
• Omogućite potpunu automatizaciju procesa

Rheonics Senzori se mogu instalirati u više ključnih faza procesa nanošenja suspenzije i premazivanja baterija:

• Ulazne sirovinePrije ulaska u proizvodnju provjerite viskoznost ili gustoću.
• Spremnici za miješanjeInstalirajte SRV unutar miksera za praćenje viskoznosti u stvarnom vremenu. Pomaže u ranom otkrivanju homogenosti, pogrešaka u formulaciji ili onečišćenja.
• Spremnici za skladištenje i opskrbuKoristite SRD u recirkulacijskim vodovima kako biste spriječili sedimentaciju i osigurali stabilan sastav gnojnice.
• Postupak premazivanjaSRV osigurava konzistentan protok suspenzije i debljinu premaza, što izravno utječe na kvalitetu baterije.
• Ispunjavanje ćelijaI SRV i SRD mogu pratiti karakteristike protoka elektrolita kako bi se osiguralo pravilno vlaženje i aktivacija tijekom sastavljanja ćelije.

Rheonics Senzori koji rade u suspenziji baterije sličnoj ne-Newtonovom fluidu najvjerojatnije neće dati isto očitanje viskoznosti kao laboratorijski viskozimetar, poput rotacijskih mjerača, jer tehnologije rade pri vrlo različitim brzinama smicanja. Rheonics SRV i SRD su pretežno instrumenti za kontrolu procesa. Iz njihovih očitanja mogu se otkriti i najmanja odstupanja od osnovne linije u proizvodnji, što ih čini idealnim za praćenje i kontrolu procesa.

Međutim, ako je potrebno usklađivanje s laboratorijskim očitanjima, moguće je stvoriti model korelacije koji transformira inline očitanja kako bi odgovarala laboratorijskim rezultatima. Ovaj model može se prenijeti u firmware senzora za prilagođeni izlaz u stvarnom vremenu.

Korištenje Rheonics Senzori u spremnicima za miješanje daju vrlo uvidljive informacije o procesu, promjeni sastava fluida i ukupnim performansama procesa. Međutim, procesi miješanja također mogu uzrokovati šum u očitanjima, pretežno u viskoznosti. Taj šum također može biti reprezentativan za evoluciju procesa, jer smanjenje šuma mjerenja kako proces dostiže zadanu vrijednost viskoznosti pokazatelj je homogenosti sustava. Kasnije odstupanje od granice tolerancije zadane vrijednosti može ukazivati na artefakte, mjehuriće ili starenje u suspenziji. Osiguravanje da viskoznost i gustoća ostanu unutar granice tolerancije zadane vrijednosti izvrstan je način da se potvrdi da konačni proizvod zadovoljava ciljeve sastava i konzistencije za kontrolu kvalitete.

Podaci o viskoznosti i gustoći u stvarnom vremenu pružaju dubok uvid u ponašanje suspenzije:

• Stabilne vrijednosti viskoznosti tijekom vremena ukazuju na dosljedno miješanje.
• Iznenadna odstupanja može signalizirati kontaminaciju, mjehuriće zraka ili degradaciju materijala.
• Nisko mjerenje šum tijekom postizanja zadane vrijednosti ukazuje na homogenost.

[1] PROCES PROIZVODNJE LITIJEVO-IONSKIH BATERIJSKIH ĆELIJA. https://www.pem.rwth-aachen.de/global/show_document.asp?id=aaaaaaaaabdqbtk

[2] Materijali za baterije. https://www.freemantech.co.uk/applications/battery-materials

[3] Punjenje elektrolita u litij-ionsku ćeliju . https://www.youtube.com/watch?si=6ksqM2v-ksH7vB_z&v=ceUSPNzxwls