Monitoring van de productie van batterijslib met inline-viscositeitsmeters en dichtheidsmeters

Inhoudsopgave

• 1. Inleiding
• 2. Overzicht van de batterijproductie
• 2.1 Batterijslurry en elektrodeproductie
• 2.2 Belang van procesparametercontrole
• 3. Rheonics inline sensoren
• 3.1 Aanbevolen sensorplaatsingen
• 3.2 Correlatie met laboratoriummetingen
• 3.3 Interpretatie van menggegevens
• 4. Referenties

Batterijen spelen een centrale rol in het moderne leven: ze voeden smartphones, elektrische voertuigen en hernieuwbare energiesystemen. Naarmate de vraag naar batterijen toeneemt, wordt de behoefte aan hoogwaardige, efficiënte en veilige productiemethoden steeds belangrijker. Een van de meest cruciale stappen in de batterijproductie is het garanderen van een consistente en nauwkeurige formulering van de anode- en kathodeslurry.

Zelfs kleine variaties in de eigenschappen van de slurry kunnen leiden tot defecten die de prestaties verminderen, de levensduur van de batterij verkorten en de impact op het milieu vergroten. Het monitoren van de viscositeit en dichtheid gedurende de productie – met name tijdens de productie van de elektroden – verbetert de kwaliteit van het eindproduct en de productie-efficiëntie aanzienlijk.

De batterijproductie wordt doorgaans onderverdeeld in drie hoofdstadia:

1. Elektrode productie (mengen, coaten, drogen, kalanderen, snijden, vacuümdrogen)
2. cel assemblage (stapelen, verpakken, elektrolyt vullen)
3. Celafwerking (vormen, ontgassen, verouderen, testen)

Elke fase omvat verschillende eenheidsbewerkingen, maar de productie van de elektroden is waar een consistente kwaliteit al vroeg moet worden gegarandeerd. Batterijcellen worden opgebouwd uit stapels gecoate elektrodeplaten, dus de prestaties van de hele cel hangen af van de kwaliteit van elke afzonderlijke plaat.

Het proces begint met de bereiding van de batterijslurry, een mengsel van actief materiaal, bindmiddelen, geleidende additieven en oplosmiddelen. Kathode- en anodeslurry's verschillen in samenstelling, maar beide vereisen homogeniteit en stabiliteit.

Het mengen van slurry vindt plaats in grote tanks, waar variabelen zoals temperatuur, mengsnelheid, schoepenontwerp en atmosferische omstandigheden allemaal van invloed zijn op de uiteindelijke kwaliteit. Na het mengen wordt de slurry (via leidingen of afgesloten tanks) overgebracht naar het coatingstation, waar het wordt aangebracht op metaalfolies die vervolgens worden gedroogd en verwerkt tot elektrodeplaten.

Volgens het rapport van de RWTH Aachen [1] zijn de volgende sleutelfactoren van belang voor de kwaliteit van de mest:

• Homogeniteit
• Deeltjesgrootte
• Zuiverheid
• viscositeit

Het is essentieel om deze parameters binnen strikte toleranties te houden voor de productie van uniforme, hoogwaardige batterijen. Rheonics inline-sensoren maken dit mogelijk door continue, realtime viscositeit- en dichtheidsbewaking—waardoor vertragingen door offline bemonstering worden geëlimineerd en er direct corrigerende maatregelen kunnen worden genomen.

Rheonics biedt twee geavanceerde inline-sensortypen die speciaal zijn ontworpen voor batterijslib- en elektrolyttoepassingen:

• SRV-sensor – Meet viscositeit en temperatuur
• SRD-sensor – Meet tegelijkertijd viscositeit, dichtheid en temperatuur

Beide sensoren zijn ontworpen om zware industriële omstandigheden te weerstaan en leveren nauwkeurige, betrouwbare metingen rechtstreeks in de procesleiding of tank.

Belangrijkste voordelen:

• Continue inline monitoring
• Geen herkalibratie nodig
• Minder afval door het verminderen van bemonsteringsvertragingen
• Hoge precisie en herhaalbaarheid
• Maak volledige procesautomatisering mogelijk

Rheonics Sensoren kunnen in meerdere belangrijke fasen van het batterijslib- en coatingproces worden geïnstalleerd:

• Binnenkomende grondstoffen: Controleer de viscositeit en dichtheid voordat u het product in productie neemt.
• Mengtanks: Installeer een SRV in de mixer voor realtime viscositeitsregistratie. Helpt homogeniteit, formuleringsfouten of verontreiniging vroegtijdig te detecteren.
• Opslag- en bevoorradingstanks: Gebruik SRD in recirculatieleidingen om sedimentatie te voorkomen en een stabiele slibsamenstelling te garanderen.
• Coating proces:SRV zorgt voor een consistente slibstroom en coatingdikte, wat een directe invloed heeft op de kwaliteit van de batterij.
• Celvulling:Zowel SRV als SRD kunnen de stroomeigenschappen van elektrolyten bewaken om een goede bevochtiging en activering tijdens de celassemblage te garanderen.

Rheonics Sensoren die werken in een batterijbrij die lijkt op een niet-Newtoniaanse vloeistof, zullen waarschijnlijk niet dezelfde viscositeitsmeting geven als een laboratoriumviscositeitsmeter, zoals rotatiemeters, omdat de technologieën met heel andere schuifsnelheden werken. Rheonics SRV en SRD zijn voornamelijk procesregelinstrumenten. Aan de hand van hun meetwaarden kunnen de kleinste afwijkingen van de basislijn in de productie worden gedetecteerd, wat ze ideaal maakt voor procesbewaking en -regeling.

Indien afstemming met laboratoriummetingen echter vereist is, is het mogelijk om een correlatiemodel te creëren dat inline-metingen omzet naar laboratoriumresultaten. Dit model kan worden geüpload naar de sensorfirmware voor realtime aangepaste uitvoer.

gebruik Rheonics Sensoren in mengtanks geven zeer inzichtelijke informatie over het proces, de verandering in vloeistofsamenstelling en de algehele procesprestaties. Mengprocessen kunnen echter ook ruis veroorzaken in de metingen, met name in de viscositeit. Deze ruis kan ook representatief zijn voor de procesontwikkeling, aangezien de afname van meetruis wanneer het proces de ingestelde viscositeitswaarde bereikt, een indicator is van de homogeniteit van het systeem. Latere afwijkingen van de ingestelde tolerantiegrens kunnen wijzen op artefacten, bellen of veroudering in een slurry. Zorgen dat de viscositeit en dichtheid binnen de ingestelde grensgrens blijven, is een uitstekende manier om te bevestigen dat het eindproduct voldoet aan de samenstellings- en consistentiedoelstellingen voor kwaliteitscontrole.

Realtime viscositeits- en dichtheidsgegevens bieden diepgaand inzicht in het gedrag van slurry:

• Stabiele viscositeitswaarden na verloop van tijd duiden op een consistente menging.
• Plotselinge afwijkingen kan duiden op verontreiniging, luchtbellen of materiaaldegradatie.
• Lage meting ruis tijdens het bereiken van de setpoint duidt op homogeniteit.

[1] PRODUCTIEPROCES VAN LITHIUM-ION BATTERIJCELLEN. https://www.pem.rwth-aachen.de/global/show_document.asp?id=aaaaaaaaabdqbtk

[2] Batterijmaterialen. https://www.freemantech.co.uk/applications/battery-materials

[3] Elektrolytvulling van een lithium-ioncel . https://www.youtube.com/watch?si=6ksqM2v-ksH7vB_z&v=ceUSPNzxwls