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#Tendencias de productos
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Soluciones de detección de procesos de fabricación de baterías de litio cúbicas
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Últimas innovaciones de Cubic en detección para satisfacer las demandas de control en cada fase de la producción de baterías de litio
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La fabricación de baterías de iones de litio requiere un entorno muy controlado, protocolos de seguridad estrictos y sólidos mecanismos de garantía de calidad en todas las fases de producción.
El proceso suele dividirse en cinco pasos fundamentales:
Step 1: Preparación del material
Step 2: Fabricación de electrodos
Step 3: Montaje de la célula
Step 4: Formación y envejecimiento
Step 5: Pruebas finales
En cada una de estas etapas, la integración de soluciones de control del aire ambiental, control de la seguridad y control de la calidad de los procesos garantiza no sólo la consistencia y seguridad del producto, sino también la eficacia operativa y el cumplimiento de las normas reglamentarias.
Demandas de supervisión de la producción de baterías de litio en cada fase
En cada una de las fases de fabricación de baterías de iones de litio que se llevan a cabo en salas limpias, la supervisión y el control rigurosos son cruciales para garantizar el cumplimiento de las normas de las salas limpias, la calidad del producto, la seguridad y la eficacia operativa.
En la fase de preparación del material, las partículas suspendidas en el aire y la humedad afectan significativamente a la reactividad y dispersión de los materiales. Al mismo tiempo, cuando se manipulan cátodos de alto contenido en níquel o ánodos basados en silicio en la fase de preparación del material, las trazas de humedad pueden provocar oxidación o aglomeración, lo que influye en la calidad del producto. Por tanto, controlar los niveles de trazas de humedad y mantener una humedad estable es fundamental para evitar la inestabilidad de los materiales y garantizar unas condiciones óptimas para su procesamiento.
Durante la fase de fabricación de los electrodos, la N-metil-2-pirrolidona (NMP) se utiliza habitualmente como disolvente en el procesamiento de los lodos. Sin embargo, la NMP es muy volátil e inflamable, lo que plantea importantes riesgos para la seguridad. Es necesario controlar continuamente la concentración de vapor de NMP para evitar riesgos de incendio o toxicidad.
En la fase de montaje de las células, las fugas de electrolito constituyen un riesgo crítico, especialmente cuando el electrolito es corrosivo y volátil. Cualquier fuga puede provocar incendios, corrosión u otros problemas de seguridad, por lo que es vital implantar sistemas de detección de fugas para identificar y mitigar los riesgos con prontitud. Además, mantener un entorno limpio durante el montaje de las celdas es crucial para evitar la contaminación y garantizar la precisión necesaria para una producción de alta calidad. El montaje de baterías también implica riesgos potenciales, como microcortocircuitos o sobrecalentamiento localizado, que pueden provocar fugas térmicas. La vigilancia de gases como el humo, el monóxido de carbono y el electrolito vaporizado es necesaria para detectar los primeros signos de inestabilidad térmica, lo que permite intervenir rápidamente y mantener la seguridad.
La etapa de formación y envejecimiento es una de las fases de mayor riesgo en la fabricación de baterías debido al calor, la expansión del gas y la tensión estructural que se producen cuando la batería se carga por primera vez. La supervisión de las emisiones de gas, incluidos el humo, el monóxido de carbono y los vapores de electrolito, es esencial para detectar comportamientos anómalos y prevenir posibles incidentes. La detección precoz de cualquier emisión de gas puede servir como señal de advertencia de embalamiento térmico, permitiendo una respuesta rápida y la mitigación de riesgos. Para minimizar los riesgos de accidente, deben adoptarse sistemas eficaces de extinción de incendios y de control de peligros durante la fase de formación y envejecimiento.
En la fase final de pruebas, las baterías se someten a rigurosas inspecciones para garantizar su calidad y seguridad. La detección de fugas sigue siendo una parte vital del proceso, que confirma que ninguna fuga de electrolito compromete la integridad de la batería. La supervisión de fugas térmicas puede ayudar en el análisis de la causa raíz de celdas de batería anómalas, mejorando la trazabilidad y permitiendo el perfeccionamiento continuo del proceso.
Soluciones de detección del proceso de fabricación de baterías de litio cúbicas
Para satisfacer las demandas de control en cada fase de la fabricación de baterías de litio, Cubic, fabricante líder de sensores de gas y analizadores de gas, ha aprovechado sus tecnologías maduras de dispersión de luz, NDIR, TDLAS, MEMS MOX, conductividad térmica MEMS y láser Raman, para desarrollar una cartera completa de productos para el proceso de fabricación de baterías de litio con el fin de realizar el control de la calidad del aire ambiental, el control del proceso y la calidad, y el control de la seguridad de fabricación.
Control de la calidad del aire ambiental
La supervisión de la calidad del aire ambiental es esencial en la producción de baterías de iones de litio para garantizar la integridad de los materiales, la seguridad de los trabajadores y la precisión del proceso. El control de la calidad del aire, incluidas las partículas, la humedad y la temperatura, evita la contaminación, la inestabilidad química y los riesgos para la seguridad. Además, la supervisión de la calidad del aire garantiza el cumplimiento de la normativa en las salas blancas, favorece una producción de alta calidad y mejora la seguridad operativa en todas las fases del proceso de fabricación.
Para supervisar y controlar a tiempo la calidad del aire ambiental en el entorno de fabricación de baterías, Cubic adoptó su madura tecnología de dispersión de luz para desarrollar una serie de contadores ópticos de partículas aplicados a la supervisión de partículas en los entornos de fabricación de salas limpias, que supervisa en tiempo real el número de partículas en suspensión de diversos tamaños en el aire por unidad de volumen en la sala limpia.
Los contadores ópticos de partículas en línea OPC-6303DS/OPC-6510DS/OPC-6511DS de Cubic utilizan el exclusivo módulo de identificación inteligente de fuentes de polvo de Cubic, que ofrece un índice de identificación de partículas y una precisión de detección de alta eficacia. El sensor ultrasónico de flujo de gas incorporado permite un muestreo de 28,3 L de corriente constante y una excepcional estabilidad de los datos a largo plazo. Los contadores ópticos de partículas cúbicos están diseñados con una pantalla táctil de 3,5 pulgadas para mostrar información sobre el tamaño de las partículas y avisos de alerta. Cuando las partículas alcanzan el umbral predefinido, el zumbador incorporado emite una alerta, lo que puede resultar útil para la supervisión en salas blancas de fabricación de paneles. El muestreo del ventilador de turbina de bajo nivel sonoro permite una supervisión continua con gran estabilidad y una larga vida útil. También está pensado para cumplir los requisitos de las normas IS014644-1:2015, la versión actualizada de GMP, JF1190-2008 y GB/T6167-2007, por lo que es de aplicación general en salas blancas de clase 100, clase 1000, clase 10000 y clase 100000.
Además, Cubic aprovechó la tecnología TDLAS para desarrollar un sensor de trazas de humedad para la monitorización del nivel de humedad, y las tecnologías NDIR y MEMS MOX para el termostato HVAC para el control de la calidad del aire interior. Permite controlar en tiempo real los niveles de CO₂, COV y PM2,5, lo que permite a los sistemas HVAC de salas blancas ajustar dinámicamente el flujo de aire, optimizar la ventilación y mantener el nivel de partículas en el interior.
Supervisión de procesos y calidad
En el proceso de producción de baterías de litio, la supervisión de las fugas de electrolito y el desbordamiento térmico es crucial. Los electrolitos suelen contener disolventes orgánicos tóxicos e inflamables y sales de litio. Una vez que se produce una fuga, no sólo pone en peligro la salud del personal y los equipos del taller, sino que también puede provocar graves accidentes de seguridad, como incendios y explosiones. Al mismo tiempo, la fuga térmica, a menudo es inducida por anomalías menores. La falta de una supervisión eficaz puede tener consecuencias catastróficas. Por lo tanto, el despliegue de la supervisión del proceso y la calidad de las fugas de electrolitos y el escape térmico reducirá eficazmente el riesgo de accidentes, garantizando la seguridad del personal y el medio ambiente, al tiempo que mejora el rendimiento de las líneas de producción para cumplir las normativas de seguridad cada vez más estrictas.
Cubic, aprovechando su completa plataforma tecnológica de sensores de gas, ha integrado de forma innovadora múltiples tecnologías -incluyendo infrarrojos NDIR, MEMS MOX, conductividad térmica y dispersión láser- para desarrollar un conjunto de sensores de alerta temprana de escape térmico. Los sensores cúbicos de embalamiento térmico controlan eficazmente los indicadores clave que se liberan antes del embalamiento térmico de la batería de litio, como CO2, H2, CO, temperatura, presión y partículas de aerosol. Las señales detectadas se transmiten a través del bus CAN al sistema de gestión de baterías (BMS), proporcionando un mecanismo de advertencia fiable y oportuno para la prevención del desbordamiento térmico.
Simultáneamente, Cubic aplicó su madura tecnología láser Raman para el análisis del desbordamiento térmico en baterías de iones de litio. Como técnica de caracterización molecular de alta sensibilidad, la tecnología Laser Raman permite controlar en tiempo real los cambios estructurales en los materiales de los electrodos, la descomposición de los electrolitos y las reacciones interfaciales a temperaturas elevadas o en condiciones de fallo. Durante las primeras fases del desbordamiento térmico, la espectroscopia Raman puede detectar indicadores clave como CO₂, CO y cambios en la interfase del electrolito sólido (SEI), proporcionando información esencial sobre los procesos químicos que desencadenan la inestabilidad, ofreciendo una potente herramienta para comprender la progresión del desbordamiento térmico y apoyar el desarrollo de materiales para baterías y estrategias de gestión térmica más seguros.
Además, para garantizar la seguridad durante el proceso de fabricación de las baterías de litio, es esencial tomar medidas eficaces para evitar las fugas de electrolito. El detector portátil de fugas de electrolito AM4210, desarrollado por Cubic, está diseñado con una pantalla LCD TFT, que no sólo puede detectar puntos de fuga, sino también analizar cuantitativamente la concentración de fugas en el entorno actual y presentar los datos de concentración actuales.
Supervisión de la seguridad en la fabricación
En la fabricación de baterías de litio, la supervisión de la seguridad es una prioridad crítica a lo largo de procesos como el recubrimiento de electrodos, el montaje de celdas y el llenado de electrolitos. Uno de los principales riesgos reside en el uso de NMP (N-metil-2-pirrolidona), un disolvente volátil y tóxico que se aplica ampliamente durante la fase de preparación y recubrimiento de la pasta. Las fugas de vapor de NMP no detectadas no sólo suponen un grave peligro para la salud de los trabajadores, sino que también aumentan el riesgo de incendio y de incumplimiento de la normativa. El detector de fugas de NMP de Cubic ofrece una alta sensibilidad y una respuesta rápida al gas NMP de baja concentración en tiempo real, lo que permite una alerta temprana y un control eficaz de la ventilación para garantizar la seguridad laboral y la continuidad de la producción. Mientras tanto, en las áreas de procesamiento de polvo y formación de pilas, el Contador Óptico de Partículas antideflagrante de Cubic proporciona una supervisión fiable de las partículas en suspensión en el aire, incluso en entornos inflamables. Diseñado con carcasas con certificación ATEX y óptica antiestática, permite medir con precisión la concentración de PM en zonas peligrosas, lo que contribuye a la prevención del riesgo de explosión del polvo y al control de calidad en salas limpias. Estas soluciones de detección forman parte esencial de un sistema integrado de supervisión de la seguridad, salvaguardando la producción de baterías de litio con precisión y fiabilidad.
En la industria de las baterías de litio, la necesidad de supervisar los procesos es cada vez mayor. El rendimiento, la vida útil y la seguridad de las baterías de litio dependen de una supervisión precisa en todas las fases del proceso de producción. Desde la selección de las materias primas hasta el montaje de las baterías, cada paso requiere un estricto control del proceso para evitar cualquier posible defecto o factor de inseguridad. A través de soluciones integrales de monitorización, Cubic no sólo mejora la eficiencia de la producción y la calidad del producto, sino que también aumenta considerablemente la seguridad y la capacidad de desarrollo sostenible de la industria de las baterías de litio.
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