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Mezclar Battery-Slurries con batidoras planetarias NETZSCH reduce el tiempo de mezcla de horas a minutos

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El proceso de mezcla es el primer paso en la producción de pilas de iones de litio. Es crucial para la calidad de la batería y tiene un impacto significativo en el rendimiento de la célula.

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El proceso de mezcla es el primer paso en la producción de pilas de iones de litio. Es crucial para la calidad de la batería y tiene un impacto significativo en el rendimiento de la célula. En el proceso de mezclado, el material activo, el aglutinante y los aditivos conductores se mezclan con un agente de dispersión, como agua o disolvente, para formar la lechada de la pila.

Las herramientas de mezcla deben distribuir las partículas de forma homogénea por todo el volumen. Estas herramientas de mezclado también deben cumplir otros requisitos importantes: romper posibles aglomerados, humedecer y recubrir las partículas y evitar la acumulación local de material a nivel microscópico.

En la actualidad, se utilizan muchos mezcladores planetarios convencionales para mezclar lodos de baterías para cátodos y ánodos. Utilizan geometrías similares y casi no hay diferencias significativas en el diseño de estas máquinas.

Pero, ¿es la ejecución de estas mezcladoras el método mejor y más eficaz para mezclar masas de baterías?

En una planta mezcladora de pilas, la mezcla se divide en la línea de cátodos y la línea de ánodos. La mezcla más crítica es la del ánodo, debido a la mayor viscosidad y al posible daño de la estructura del aglutinante. Los tiempos de mezcla actuales oscilan entre 4 y 6 horas. Durante un paso de validación, un cliente potencial, compartió sus experiencias con un proveedor asiático de mezcladores, que tenía un tiempo total de mezcla de 270 minutos (4,5 horas).

Durante las pruebas en el laboratorio NETZSCH, el tiempo de mezclado se redujo significativamente en un factor de 2. Las mezcladoras planetarias NETZSCH (PMH) mezclaron la pulpa en 120 minutos y proporcionaron un rendimiento de calidad aún mejor. Entonces, ¿por qué los Mezcladores Planetarios NETZSCH fueron mucho mejores, y cómo funciona un Mezclador Planetario?

Principio de Funcionamiento

El NETZSCH PMH (Mezclador Planetario de Alta Velocidad) funciona con un mecanismo de engranajes planetarios. Las herramientas mezcladoras auto-rotativas, de Baja Velocidad como viga transversal axial y de Alta Velocidad como herramienta mariposa, realizan un movimiento rotativo en un tanque estacionario y pasan a través de todo el producto mezclado.

El aumento del diámetro de las herramientas de mezclado incrementa drásticamente la potencia de entrada, lo que conduce a un mezclado más rápido, eficiente y de mejor calidad del producto. Las herramientas NETZSCH PMH tienen un diámetro mucho mayor en comparación con los mezcladores planetarios convencionales.

No sólo el diámetro sino también el diseño son cruciales. Los mezcladores planetarios convencionales pueden dañar el aglutinante debido a las altas fuerzas de cizallamiento del disco de dispersión. Las herramientas de mezclado NETZSCH están especialmente diseñadas para reducir la fuerza de cizallamiento y generar un amasado más suave y mejor. Esto permite que la herramienta de mezclado funcione a velocidades más altas sin dañar la estructura crucial del aglutinante de la pasta de la batería.

Un ejemplo práctico de técnicas avanzadas de procesamiento puede observarse en la preparación de lechada para ánodos a base de agua. Esta lechada incorpora carboximetilcelulosa (CMC), caracterizada por sus largas cadenas poliméricas y su elevada masa molecular. Los mezcladores planetarios convencionales, equipados con discos de dispersión de alto cizallamiento, suelen inducir una tensión mecánica que fragmenta las cadenas de CMC. Esta fragmentación provoca cambios indeseables en la viscosidad, como el espesamiento por cizallamiento, lo que hace que la lechada no sea adecuada para los procesos de recubrimiento posteriores.

Por el contrario, las herramientas de mezclado NETZSCH proporcionan una acción de amasado más suave y eficiente. Este enfoque evita la degradación de las cadenas de CMC, asegurando una viscosidad consistente y facilitando una mezcla uniforme que resulta en un recubrimiento uniforme del material activo. En consecuencia, este método mejora la densidad energética del electrodo, contribuyendo en última instancia al desarrollo de baterías de alto rendimiento. Estas baterías presentan una mayor autonomía y una capacidad de carga más rápida, lo que subraya la importancia de una preparación optimizada de los lodos para el avance de la tecnología de las baterías.

En general, el aumento de la potencia de entrada se traduce en tiempos de mezcla significativamente más cortos, de 120 minutos, para los lodos anódicos. Para la mezcla de cátodos, que normalmente requiere 480 minutos (8 horas), la mezcla de NETZSCH reduce el tiempo a un tiempo total de mezcla de 180 minutos (3 horas).

¿Cómo medir la calidad?

Además de reducir los tiempos de mezcla, también se mejora la calidad. Pero, ¿cómo se mide la calidad en el mezclado de purines? El siguiente paso importante tras la fabricación de lechada es el revestimiento. En el proceso de recubrimiento, la fluidez de los purines es crucial para conseguir una película homogénea y procesable sobre la lámina colectora actual. Esto puede determinarse por la viscosidad.

La Unidad de Negocio de Análisis y Pruebas de NETZSCH mide el comportamiento de la fluidez con el Reómetro Rotacional Kinexus. La dependencia de la viscosidad en diferentes velocidades de cizallamiento es importante y proporciona información significativa sobre la calidad. Un factor clave es la estabilidad de la pasta producida. Durante la producción, pueden producirse tiempos de espera y no siempre está garantizada la alimentación directa de la torre de laca. Es importante tener una pasta que no se sedimente rápidamente y que tenga un tiempo de almacenamiento más largo, indicado por una viscosidad más alta a velocidades de cizallamiento más bajas. Esto se debe a una mejor humectación y dispersión de las partículas, resultado de un mayor aporte de energía debido al diseño único. Además, el proceso de recubrimiento mejora, produce bordes más nítidos y evita el emborronamiento.

Otro factor importante es la procesabilidad y el caudal. La pasta se transfiere a través de un troquel de ranura a la lámina colectora. Para evitar obstrucciones, es importante que se produzca un efecto de cizallamiento. El troquel de ranura genera altas velocidades de cizallamiento y se necesita una pendiente de viscosidad pronunciada para un proceso de revestimiento rápido. Es importante que la pendiente de la curva de viscosidad sea alta, lo que se traduce en una viscosidad más baja a velocidades de cizallamiento más altas..

Resumen

En conclusión, los Mezcladores Planetarios NETZSCH mejoran significativamente la eficiencia y la calidad de la mezcla de lodos de baterías de iones de litio a través de un diseño innovador y una potencia de entrada optimizada. Sin embargo, el PMH no se limita a una única tecnología. Su diseño especial y su gran flexibilidad a la hora de cambiar las herramientas de mezcla permiten utilizar la mezcladora planetaria para otras diversas aplicaciones en la industria de las baterías, garantizando la seguridad del proceso. Una mezcladora o planta puede cubrir múltiples aplicaciones, entre las que se incluyen:

- Mezcla de baterías de estado sólido con altas viscosidades

- Producción de material de aislamiento térmico para módulos de baterías

- Mezcla rápida de electrodos secos de baterías sin disolvente, con cambio flexible de geometrías

- baterías de iones de sodio