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Elementos clave en la producción de baterías de iones de litio

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Los parámetros críticos hacen que la experiencia sea esencial a la hora de desarrollar tecnologías de dosificación

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El campo de la e-Movilidad está en constante cambio y sujeto a un rápido ritmo de desarrollo. Los fabricantes de baterías de iones de litio y los fabricantes de equipos originales son conscientes de que, aunque los parámetros técnicos cambien constantemente, hay un elemento que debe permanecer invariable para competir en el mercado internacional: la calidad de las células. Para garantizar esta calidad, a pesar de los cambios que se produzcan en los complejos procesos de fabricación, es fundamental contar con unos conocimientos especializados profundos e interdisciplinarios. ViscoTec puede garantizarlo y, si es necesario, ofrecer a cada cliente soluciones personalizadas. Podemos modificar nuestros diseños para satisfacer requisitos individuales y garantizar que cada cliente disponga del sistema de llenado de electrolito perfecto para su aplicación. No se trata en absoluto de una tarea fácil, ya que los electrolitos son un material complicado.

Las gigafábricas están consiguiendo producir células en ciclos cada vez más cortos: 40 células por minuto ya no es raro. En este contexto, las empresas se ven obligadas a centrarse en los procesos de llenado y humectación en particular, ya que ambos pasos del proceso se encuentran entre los más críticos en términos de tiempo y calidad a la hora de ensamblar las células.

"Llenado" es el proceso por el que se introduce electrolito en las celdas de la batería al vacío, y "humectación" es cuando el electrolito penetra en la estructura porosa del electrodo y el separador, lo que da lugar a un contacto eléctrico cuando los iones migran.

El electrolito de una pila de iones de litio consiste en un disolvente, como carbonato de etileno, carbonato de propileno o carbonato de dimetilo, al que se añade sal de litio. La sal de litio más utilizada es el hexafluorofosfato de litio (LiPF6). Es un elemento importante en los electrolitos de distintas baterías de iones de litio, y supone alrededor del 43% de los costes totales. Comparado con otros electrolitos, el hexafluorofosfato de litio tiene mejor solubilidad, conductividad, seguridad y respeto por el medio ambiente en disolventes orgánicos, y es actualmente la sal de litio más popular para electrolitos.

ViscoTec ha diseñado una tecnología de dosificación especial para este electrolito con una viscosidad de ~ 100 - 250 mPas @20°C y una densidad de ~1,1 - 1,3 g/cm³, utilizando únicamente materiales compatibles con el proceso y que garantizan una larga vida útil en condiciones duras.

Esto es especialmente importante, ya que el electrolito tiene sus desventajas. Sufre una reacción incluso cuando la humedad del aire es baja, formando ácido fluorhídrico mortal. Como es lipofílico, puede causar la muerte casi instantánea si la piel o las membranas mucosas se exponen a él, aunque sólo sea por un breve instante. El fluoruro de calcio y el fluoruro de magnesio (ninguno de los cuales es fácilmente soluble) se forman en la profundidad de los tejidos y causan enormes daños al equilibrio electrolítico del organismo.

Por este motivo, el proceso de rellenado electrolítico se lleva a cabo en salas secas, ya que el aire seco que se genera en ellas elimina la humedad de los materiales. Estas salas son extremadamente complejas de diseñar y, por tanto, muy caras de construir. Por lo tanto, es esencial que, a la hora de diseñar la planta, la tecnología de dosificación elegida pueda garantizar la estabilidad del proceso y una larga vida útil. Estas consideraciones son igualmente importantes para el proceso global, ya que la tecnología de dosificación puede tener un impacto considerable en la calidad de las dos fases del proceso "llenado" y "humectación"

El llenado de celdas de carcasa dura tiene un elemento crítico, y es el tiempo.

Con una carcasa metálica, la velocidad de dosificación está restringida para evitar presiones de dosificación excesivas, ya que éstas pueden destruir la estructura de la célula enrollada. Esto es diferente en las células de bolsa: aquí, el aumento de la velocidad expande la caja sólo durante un breve instante. Por ello, a la hora de planificar líneas de producción, los constructores de máquinas deben tener en cuenta conceptos para el llenado de tripas metálicas, ya sea en paralelo utilizando varias unidades o utilizando una sola unidad que suministre a varias estaciones.

La humectación no es menos crítica en términos de tiempo. Debido a la porosidad de los electrodos y del separador, es necesario humedecer completamente una gran superficie en un breve espacio de tiempo. Dependiendo del tamaño de la célula, este proceso puede durar entre 10 y 45 minutos, o incluso más (para células prismáticas o de bolsa más grandes). Por ello, los fabricantes de pilas están diseñando materiales separadores que absorban el electrolito más rápidamente.

Tanto el proceso de llenado como el de humectación influyen en el rendimiento de una batería. Si las zonas no están completamente humedecidas, las cargas no pueden intercambiarse y las zonas quedan inactivas, lo que provoca problemas de calidad. Sin olvidar el riesgo para la seguridad: en la célula fluirán corrientes diferentes debido a las zonas no humedecidas. El resultado es el crecimiento dendrítico, que puede provocar cortocircuitos y destruir la célula.

Partiendo de la base de que la demanda de células seguirá aumentando, el especialista en dosificación ViscoTec pretende seguir ampliando sus tecnologías. El objetivo es ayudar a los OEM y a los fabricantes de células a producir células de iones de litio de forma más segura y eficaz, garantizando al mismo tiempo el máximo nivel de calidad.