Guida completa di S&L agli essiccatori e miscelatori per materiali catodici di batterie agli ioni di litio

Nel nostro precedente articolo, abbiamo approfondito le apparecchiature associate ai materiali anodici per le batterie agli ioni di litio. Oggi, spostiamo la nostra attenzione sulle apparecchiature essenziali utilizzate nella produzione dei materiali catodici, un componente cruciale delle batterie agli ioni di litio che alimentano i veicoli a energia alternativa.

Materiali catodici: il cuore delle batterie agli ioni di litio

I materiali catodici svolgono un ruolo fondamentale nelle batterie agli ioni di litio, costituendo il nucleo della fonte di energia per i veicoli a energia alternativa. Esistono principalmente tre tipi di materiali catodici: litio ferro fosfato (LFP), litio manganato (LMO) e batterie ternarie al litio.

Il LFP, come materiale catodico, vanta diversi vantaggi, tra cui una lunga durata del ciclo di vita, eccellenti prestazioni di sicurezza e costi di produzione relativamente bassi. Tuttavia, presenta lo svantaggio di una minore densità energetica. Le batterie al litio ternarie, d'altro canto, sono composte da una specifica proporzione di nichel-cobalto-alluminio (NCA) o nichel-cobalto-manganese (NCM). Grazie alla loro elevata densità energetica, sono diventate la scelta preferita per la maggior parte dei veicoli a energia alternativa, con circa il 60% delle auto che ne sono dotate. Alla fine del 2018, la densità energetica delle celle monolitiche cinesi aveva raggiunto i 265 Wh/kg. Nel 2019, CATL ha lanciato le batterie al litio ternarie 811, raggiungendo un'impressionante densità energetica fino a 304 Wh/kg. Questa elevata densità energetica ha permesso ai veicoli elettrici di massa di raggiungere un'autonomia di oltre 400 km, e alcuni modelli possono addirittura arrivare a 500 km, alleviando efficacemente l'ansia da autonomia degli utenti di veicoli elettrici.

La filiera industriale dei materiali catodici

La fase a monte della catena di produzione dei materiali catodici è costituita da materie prime minerali come litio, cobalto e nichel, insieme ad altri minerali correlati. Queste materie prime vengono combinate con agenti conduttivi e leganti per produrre i precursori. Attraverso uno specifico processo di sintesi, questi precursori vengono trasformati in materiali catodici adatti a diverse applicazioni. Di seguito è riportato un diagramma strutturale dettagliato che illustra l'intera catena di produzione dei materiali catodici.

Metodi generali di preparazione

Sintesi in fase solida

Questo metodo prevede in genere la macinazione e la miscelazione di sali di litio, come il carbonato di litio, con composti di cobalto o nichel. Successivamente, la miscela viene sottoposta alla fase di sinterizzazione. Sebbene sia relativamente semplice e le materie prime siano facilmente reperibili, il che lo ha reso popolare nelle prime fasi di sviluppo delle batterie al litio, presenta alcune limitazioni. Tra queste, la capacità limitata, la scarsa uniformità e stabilità della miscelazione e la qualità non costante tra i diversi lotti.

Metodo complesso

In questo approccio, si utilizzano complessi organici per preparare precursori complessi contenenti ioni di litio, cobalto o vanadio, seguiti da reazioni di sinterizzazione. I vantaggi di questo metodo sono un migliore effetto di miscelazione, una maggiore uniformità e stabilità e una capacità più elevata rispetto al metodo in fase solida.

Metodo sol-gel

Il metodo sol-gel, derivato da un metodo di preparazione di particelle ultrafini sviluppato negli anni '70, viene utilizzato per produrre materiali catodici. Oltre ai vantaggi intrinseci del metodo, esso migliora significativamente la capacità dei materiali per elettrodi preparati. Di conseguenza, ha conosciuto un rapido sviluppo sia a livello nazionale che internazionale.

Metodo di scambio ionico

Il LiMnO2 preparato tramite il metodo di scambio ionico presenta una capacità di scarica reversibile di 270 mA•h/g, il che lo rende un nuovo campo di ricerca di interesse grazie alle sue prestazioni elettrodiche stabili e all'elevata capacità. Tuttavia, la sua implementazione pratica è attualmente complessa a causa di fasi dispendiose in termini di tempo ed energia, come la ricristallizzazione e l'evaporazione.

Processo di produzione

Il seguente schema illustra un tipico processo di produzione di materiali catodici. S&L svolge un ruolo fondamentale fornendo apparecchiature di miscelazione per la fase precedente alla prima sinterizzazione, miscelatori per lotti differenziali per il prodotto finito e persino essiccatori a pale durante la produzione di materiali catodici ad alto contenuto di nichel.

Selezione delle attrezzature

Miscelatore per aratri - Serie LDH

Il miscelatore a pale è una scelta indispensabile per la miscelazione di materiali per batterie al litio, in particolare precursori ternari. È costituito da un corpo cilindrico, un agitatore a pale, un gruppo di trituratori, un sistema di azionamento e una valvola di scarico. Grazie ai trituratori ad alta velocità che frantumano i grumi, il materiale subisce un movimento di convezione centrifuga durante la miscelazione ad alta velocità, ottenendo un'eccellente omogeneità di miscelazione in breve tempo.

Vantaggi:

Elevata efficienza: tempi di miscelazione ridotti garantiscono una maggiore produttività.

Facile manutenzione: comodo per la pulizia e la manutenzione.

Design specializzato: Chopper ad alta velocità progettato specificamente per applicazioni con batterie al litio.

Isolamento: Aratri in ceramica resistenti all'usura o rivestimento in carburo di tungsteno per separare i materiali delle batterie al litio dagli ioni metallici.

Durata: recipiente resistente all'usura con rivestimento interno in ceramica per un ulteriore isolamento.

Tenuta: Guarnizioni speciali per l'albero principale e i chopper, progettate specificamente per l'industria delle batterie al litio.

Personalizzazione: sono disponibili opzioni di valvole di scarica personalizzate per l'industria delle batterie al litio.

Essiccatore per pale da aratro - Serie LPH

Il processo di essiccazione è cruciale nella produzione di prodotti ad alto contenuto di nichel. Grazie all'aggiunta di una camicia riscaldante, un sistema di aspirazione e un filtro antipolvere al miscelatore a pale originale, il materiale umido può essere miscelato per convezione lungo la parete del cilindro, garantendo un riscaldamento uniforme entro un intervallo di tempo specifico. Il corpo del miscelatore è realizzato in titanio resistente all'usura e alla corrosione, a garanzia della qualità del prodotto. Può inoltre essere dotato di un collaudato filtro anti-riflusso.

Miscelatore a nastro - Serie WLDH

Il miscelatore a nastro orizzontale è ampiamente utilizzato per ridurre al minimo le differenze di miscelazione tra i lotti nel prodotto finale. Composto da uno speciale corpo a forma di U, elementi di miscelazione a nastro, un sistema di azionamento e una valvola di scarico, il nastro esterno spinge i materiali dalle due estremità verso il centro, mentre il nastro interno li sposta dal centro verso le due estremità. Questo crea un movimento convettivo che garantisce una perfetta omogeneità di miscelazione.

Vantaggi:

Miscelazione delicata: miscelare delicatamente per evitare di danneggiare le proprietà fisiche del materiale.

Opzioni strutturali: Diverse opzioni per la struttura del corpo del miscelatore, tra cui forme a U, a goccia e cilindriche.

Isolamento ionico: doppi nastri con rivestimento in carburo di tungsteno per isolare i materiali delle batterie al litio dagli ioni metallici.

Prevenzione delle perdite: speciale guarnizione dell'albero principale progettata per prevenire la fuoriuscita di materiale.

Casi d'uso

Dal 2018, S&L Group collabora strettamente con SHANSHAN Technology, fornendo continuamente apparecchiature per materiali anodici e catodici, tra cui il reattore GBF, il miscelatore a nastro orizzontale WLDH e il miscelatore a vomere LDH. Grazie a questa partnership, S&L ha sviluppato una gamma completa di soluzioni di miscelazione per catodi di batterie al litio, come il rivestimento ceramico del corpo del miscelatore, il rivestimento in carburo di tungsteno dell'agitatore, la tenuta meccanica dell'albero principale e la progettazione professionale del sistema di azionamento.

Guardando al futuro

Dopo anni di servizio a leader del settore come Umicore, LG, SK, Ronbay, Shanshan, Changyuan LICO e altri nel settore delle batterie al litio, con apparecchiature di miscelazione efficienti e di alta qualità, S&L ha superato con successo numerose sfide. Di conseguenza, ha acquisito una conoscenza approfondita delle tecnologie chiave e delle caratteristiche dei materiali coinvolti nella produzione di materie prime per batterie al litio, posizionandosi per un successo continuo nel mercato in continua evoluzione delle batterie al litio.