Proceso seco: Simplificación de la fabricación de electrodos

Cuando La tecnología permite la reconstrucción de la lógica de fabricación, el equipo se convierte en la fuente de vitalidad industrial.

En las primeras etapas de la fabricación de baterías de litio, se están produciendo cambios sutiles. Algunas empresas buscan simplificar el proceso de preparación de electrodos y están comenzando a experimentar con la preparación de electrodos secos.

Los electrodos secos no son un concepto nuevo; se aplicaron en laboratorios europeos y estadounidenses ya en 1982. Sin embargo, la atención concentrada en los electrodos secos de la industria comenzó hace tres años con una "conspiración" de Tesla. En 2019, Tesla adquirió Maxwell por $235 millones en acciones, una prima de más de 55%. La tecnología central de Maxwell es la tecnología de electrodos secos. Al año siguiente, Tesla presentó la batería cilíndrica 4680 el Battery Day, anunciando que aplicaría tecnología de electrodos secos en este nuevo sistema de baterías cilíndricas. La aplicación de la tecnología de electrodos secos tanto en materiales de electrodos positivos como negativos puede eliminar la necesidad de disolventes, mejorar las ventajas de rendimiento de los electrodos y reducir la inversión en equipos debido a procesos simplificados. Sin embargo, la industrialización de la preparación de electrodos secos todavía está por Detrás del Método húmedo. A principios de este año, la planta piloto de Tesla en Fremont, California, produjo su batería 4680 número un millón. El "huracán" de industrialización de la batería cilíndrica 4680 está avanzando, lo que hace que el avance de la tecnología de electrodos secos sea una tarea urgente.

Preparación del electrodo: seco vs. húmedo

En las primeras etapas de la fabricación de baterías de litio, el proceso de preparación de electrodos húmedos ya es muy maduro. El proceso implica mezclar, recubrir, secar, recuperar NMP y laminar, pasando el electrodo de seco a húmedo y de nuevo a seco. El proceso húmedo es relativamente simple; con el estado "húmedo", la lechada tiene buena fluidez y menos burbujas, mejorando significativamente la eficiencia de la preparación de electrodos y sentando una base sólida para que la batería de energía se mueva hacia la era TWh. En comparación con el método húmedo, el proceso seco tiene cuatro ventajas principales:

• Proceso de producción simplificado: el núcleo de la preparación del electrodo seco es el abandono de "húmedo". El Método Seco no utiliza aglutinantes o disolventes, lo que simplifica los procesos de preparación de la suspensión, revestimiento, secado y recuperación de disolventes en el método húmedo.

• Mayor densidad de energía: los electrodos preparados en seco pueden tener una mayor densidad de compactación, acomodando más material activo. Además, a medida que los disolventes se abandonan gradualmente, mejora la integración de materiales de electrodos negativos, lo que facilita la suplementación con litio y reduce la pérdida de capacidad del ciclo inicial. Actualmente, la densidad de energía de los electrodos secos supera los 300Wh/kg, con un objetivo a largo plazo de alcanzar los 500Wh/kg.

• Compatibilidad con los sistemas de batería: el sistema de material de batería de energía está evolucionando gradualmente hacia materiales dopados con alto contenido de níquel y silicio. La tecnología de electrodos secos puede reducir el impacto de la humedad en el rendimiento de los electrodos positivos de níquel alto y resistir mejor la expansión de los electrodos negativos basados en silicio.

• Vida útil extendida: sin aglutinantes, la vida útil de la batería mejora significativamente.

La Posibilidad de “simplificación extrema”

La dificultad de la elección radica en el dilema entre lo que debería ser y lo que es fácil. Al comparar los dos métodos, la preparación de electrodos húmedos está actualmente madura, mientras que la producción en masa de electrodos secos representa una posibilidad de "simplificación extrema". La visión para la preparación de electrodos secos es prometedora: Áreas de plantas y equipos más pequeñas, menor consumo de energía y costos de batería reducidos. Sin Embargo, implementar el abandono de "húmedo" en aplicaciones comerciales no es fácil. En 1991, Sony exploró el uso comercial del método húmedo, que desde entonces se ha convertido en la corriente principal para la preparación de electrodos, precisamente para evitar los problemas de viabilidad, eficiencia y consistencia de la preparación en seco. Sin embargo, los cambios están ocurriendo silenciosamente en la preparación de electrodos secos. La rápida industrialización de la batería cilíndrica 4680 se encuentra en una coyuntura crítica, lo que requiere tanto expansión de escala como actualizaciones de proceso. A medida que el proceso de preparación de electrodos secos madura, es más probable el crecimiento exponencial. Como empresa representativa del equipo doméstico de la batería de litio, Jiatuo Intelligent también está acelerando la investigación y la aplicación del electrodo seco pTecnología de reparación. Zhou Yan declaró que la exploración de Jiatuo de la preparación en seco comenzó en 2015, lo que llevó al establecimiento de un laboratorio en seco y logró gradualmente la verificación de la formación de películas para los materiales de la batería convencional. Los resultados de la tecnología de preparación de electrodos secos han surgido sucesivamente, y el proceso de preparación de electrodos secos de Jiatuo Intelligent ha crecido constantemente desde el escepticismo inicial hasta tener pares junto a hoy.

Dando vida a la fabricación

Como extensión del cuerpo humano, las iteraciones de equipos y procesos deberían dotar a la fabricación de una mayor vitalidad. Centrarse únicamente en los objetivos de capacidad y perseguirlos a través de la replicación mecánica puede ser poner el carro delante del caballo. Las discusiones sobre la preparación de electrodos secos implican inevitablemente innovaciones fundamentales en los equipos. El equipo de proceso de formación de película de electrodo, sistema de doble correa de acero, utiliza tecnología de laminación de doble correa de acero para fabricar películas autoportantes para electrodos secos. El Sistema de correa de acero puede servir como portador para películas de electrodos de autosoporte, reduciendo la aparición de roturas de correa durante la fabricación de rollo a rollo y el movimiento de alta velocidad. El equipo de proceso de formación y adelgazamiento de la película del electrodo-laminación de varias etapas-utiliza la tecnología de laminación para comprimir el polvo en películas gruesas, que luego se adelgazan a través de múltiples prensas en caliente y se enrollan o se componen con colectores de corriente, lo que garantiza un adelgazamiento continuo de la película al espesor especificado y aumenta la densidad de compactación.

El futuro de la tecnología de electrodos secos es prometedor. Con el desarrollo de procesos de electrodos secos, la densidad de energía del electrodo se puede aumentar a 500Wh/kg, con un aumento 25% en la densidad de energía de la batería cada dos años y una reducción continua de 10% en los costos, rompiendo a través del cuello de botella de densidad de energía de las baterías de litio ternarias. Aunque la etapa actual no puede exigir los mismos resultados de producción en masa del Método Seco que del método húmedo, los milagros industriales deberían ir acompañados de la pregunta: "¿Ha sido siempre así?" frente a los desafíos de un nuevo ciclo industrial, deberíamos tener el coraje de romper y reconstruir, promoviendo una auto-revolución.