Les technologies de batteries à base de lithium pour véhicules électriques utilisent des ions lithium comme porteurs de charge. Selon les exigences techniques de l’application, le lithium est utilisé avec diverses chimies telles que le graphite pour l’anode ainsi que des oxydes de nickel, de manganèse ou de cobalt pour la cathode. Tous ces matériaux possèdent de bonnes propriétés d’insertion ou d’intercalation du lithium, permettant de stocker de grandes quantités d’énergie.
Chaque procédé de production et de fabrication de batteries rechargeables lithium-ion commence par la production de la suspension qui devient ce que l’on appelle le « slurry d’électrode »
Cette suspension est un mélange de matériau actif, d’additifs conducteurs, d’un solvant et d’un liant polymère. Tous ces matériaux doivent être mélangés dans une cuve de mélange avec un agitateur bien sélectionné.
Pour expliquer la nécessité de bien choisir l’agitateur, il faut d’abord expliquer l’importance du slurry d’électrode lui-même.
Qu’est-ce que le slurry d’électrodes ?
En gros, le slurry d’électrodes est constituée de matériaux d’électrodes dispersés dans un solvant organique.
Le slurry d’électrodes, une fois préparé pour l’étape suivante, sera appliqué en couche sur des feuilles de cuivre et d’aluminium, séché et calandré.
Cette feuille, avec le slurry appliqué, agira comme cathode et anode.
Matériaux du slurry d’électrodes et leur rôle
Matière active : Ions lithium réactifs
Solvant NMP : Pour dissoudre le fluorure de polyvinylidène (PVDF), qui est le liant le plus fréquemment
utilisé dans la formulation du slurry cathodique
Additifs conducteurs : Servent à faciliter la conductivité électronique
Liant polymère : Sert à lier la matière active et les additifs conducteurs.
Pour les batteries lithium-ion à haute capacité, il est nécessaire de réduire la proportion d’additifs conducteurs et d’augmenter le ratio de matière active. Cependant, il est également important d’avoir une conductivité électronique suffisante pour réduire la résistance interne de la batterie, et une quantité modérée d’additifs conducteurs est requise. Il est donc important d’optimiser le rapport entre la matière active et les additifs conducteurs.
Effet de la dispersion des matériaux du slurry d’électrodes sur les batteries lithium-ion
La dispersibilité des matériaux actifs et des additifs conducteurs dans le slurry d’électrodes est d’une très grande importance. Examinons de plus près chaque matériau.
Matériel actif
S’assurer que le contact de l’électrolyte avec la surface de chaque particule active augmente la réaction ionique. Cela aidera à augmenter la capacité de la batterie.
Additif conducteur
Si la suspension d’électrodes est mal mélangée, l’additif conducteur ne se dispersera pas suffisamment bien.
Inversement, si le mélange est trop fort, le flux d’électricité formé sera détruit et une bonne conduction électronique ne pourra pas être obtenue.
Assembler la batterie rechargeable lithium-ion sans disperser le matériau actif et les additifs conducteurs concentrera la charge, ce qui est indésirable car cela provoque des réactions de batterie non uniformes.
Les images montrent comment l’agglomération sera formée lorsque le type de mélangeur approprié sera sélectionné
L’importance de choisir le bon type de mélangeur dépend, comme toujours, des critères suivants :
- Taille volumique des composants de la suspension
- Capacités des composants de la suspension
- Géométrie du récipient
- Orientation des buses de dosage pour les composants de la suspension
- Contrôle correct de la température et de la pression
- Sélection de la configuration appropriée des mobiles d’agitation
- Vitesse correcte pour obtenir suffisamment de turbulence et de débit dans le récipient de mélange
- Fiabilité mécanique tout au long du processus de mélange
Pour surveiller le processus de mélange, Jongia recommande d’appliquer une technologie de capteurs permettant une lecture facile des paramètres pour la salle de contrôle de l’usine de batteries.
L’unité de mélange devra fonctionner tout au long du processus de mélange, qui peut être une procédure contrôlée par lots ou un mélange continu.
La sélection de l’mobile d’agitation correct
Jongia Mixing Technology possède un large éventail d’expertises pour de nombreuses suspensions, pour la dissolution et pour l’agitation continue, telles que les hélices, Hydrofoil, contre-flux et mobiles d’agitation à lame de scie. Puisque la combinaison des critères listés ci-dessus est si importante, aucun élément typique de mélange d’un seul type n’est appliqué uniquement. C’est plutôt une combinaison de divers mobiles d’agitation avec une variété de rotations et de vitesses.
Il est donc nécessaire de maintenir Jongia aligné lors de la pré-ingénierie et de l’ingénierie détaillée du stade afin de s’assurer que les bonnes étapes sont prises pour la sélection appropriée de l’agitateur.
De plus, la fiabilité mécanique doit être exceptionnelle. C’est une autre raison pour laquelle les fabricants de batteries ioniques choisissent Jongia pour leurs systèmes d’agitateurs en suspension de batteries lithium-ion !
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