Processo seco: Simplificando a fabricação de eletrodos

Quando a tecnologia permite a reconstrução da lógica de fabricação, o equipamento se torna a fonte de vitalidade industrial.

Nos estágios iniciais da fabricação da bateria de lítio, mudanças sutis estão ocorrendo. Algumas empresas estão buscando simplificar o processo de preparação do eletrodo e estão começando a experimentar a preparação do eletrodo seco.

Eletrodos secos não são um conceito novo; eles foram aplicados em laboratórios europeus e americanos já em 1982. No entanto, a atenção concentrada da indústria em eletrodos secos começou há três anos com uma “conspiração” de Tesla. Em 2019, a Tesla adquiriu a Maxwell por US $235 milhões em ações, um prêmio de mais de 55%. A tecnologia central da Maxwell é a tecnologia de eletrodos secos. No ano seguinte, a Tesla lançou a bateria cilíndrica 4680 no Dia da Bateria, anunciando que aplicaria a tecnologia de eletrodo seco neste novo sistema de bateria cilíndrica. A aplicação da tecnologia de eletrodo seco em materiais de eletrodo positivos e negativos pode eliminar a necessidade de solventes, aumentar as vantagens de desempenho dos eletrodos e reduzir o investimento em equipamentos devido a processos simplificados. No entanto, a industrialização da preparação de eletrodos secos ainda está atrás do método úmido. No início deste ano, a fábrica piloto da Tesla em Fremont, Califórnia, produziu sua milionésima bateria 4680. O “furacão” da industrialização da bateria cilíndrica 4680 está chegando, tornando o avanço da tecnologia de eletrodos secos uma tarefa urgente.

Preparação de eletrodo: seco vs. molhado

Nos estágios iniciais da fabricação da bateria de lítio, o processo de preparação do eletrodo úmido já está muito maduro. O processo envolve a mistura, revestimento, secagem, recuperação de NMP e laminação, fazendo a transição do eletrodo de seco para úmido e de volta para seco. O processo molhado é relativamente simples; com o estado “molhado”, a pasta tem boa fluidez e menos bolhas, melhorar significativamente a eficiência da preparação do eletrodo e estabelecer uma base sólida para a bateria de energia se mover em direção à era TWh. Em comparação com o método molhado, o processo seco tem quatro vantagens principais:

• Processo de produção simplificado: O núcleo da preparação do eletrodo seco é o abandono do “molhado”. O método seco não usa aglutinantes ou solventes, simplificando os processos de preparação de pasta, revestimento, secagem e recuperação de solvente no método úmido.

• Densidade de energia aumentada: eletrodos preparados a seco podem ter maior densidade de compactação, acomodando material mais ativo. Além disso, à medida que os solventes são gradualmente abandonados, a integração de materiais de eletrodo negativo melhora, facilitando a suplementação de lítio e reduzindo a perda de capacidade do ciclo inicial. Atualmente, a densidade de energia dos eletrodos secos excede 300Wh/kg, com uma meta de longo prazo de atingir 500Wh/kg.

• Compatibilidade com sistemas de bateria: O sistema de material da bateria está evoluindo gradualmente para materiais com alto teor de níquel e silício. A tecnologia de eletrodos secos pode reduzir o impacto da umidade no desempenho de eletrodos positivos de alto níquel e suportar melhor a expansão de eletrodos negativos à base de silício.

• Vida útil estendida: sem fichários, a vida útil da bateria é significativamente melhorada.

A possibilidade de “simplificação extrema”

A dificuldade de escolha está no dilema entre o que deve ser e o que é fácil. Comparando os dois métodos, a preparação do eletrodo úmido está atualmente madura, enquanto a produção em massa do eletrodo seco representa uma possibilidade de “simplificação extrema”. A visão para a preparação de eletrodos secos é promissora: áreas menores de instalações e equipamentos, menor consumo de energia e custos reduzidos de bateria. No entanto, implementar o abandono de “molhado” em aplicações comerciais não é fácil. Em 1991, a Sony explorou o uso comercial do método úmido, que desde então se tornou o principal para a preparação de eletrodos, precisamente para evitar os problemas de viabilidade, eficiência e consistência da preparação a seco. No entanto, as mudanças estão acontecendo silenciosamente na preparação do eletrodo seco. A rápida industrialização da bateria cilíndrica 4680 está em um momento crítico, exigindo expansão em escala e atualizações de processo. À medida que o processo de preparação do eletrodo seco amadurece, o crescimento exponencial é mais provável. Como uma empresa representativa de equipamentos domésticos de bateria de lítio, Jiatuo Intelligent também está acelerando a pesquisa e aplicação de eletrodo seco pTecnologia de reparação. Zhou Yan afirmou que a exploração da preparação seca de Jiatuo começou em 2015, levando ao estabelecimento de um laboratório seco e gradualmente obtendo a verificação da formação de filme para os principais materiais da bateria. Os resultados da tecnologia de preparação de eletrodos secos surgiram sucessivamente, e o processo de preparação de eletrodos secos da Jiatuo Intelligent tem crescido constantemente do ceticismo inicial para ter pares ao lado de hoje.

Dando vida na fabricação

Como uma extensão do corpo humano, as iterações de equipamentos e processos devem dotar a fabricação de uma vitalidade mais forte. Concentrar-se apenas em alvos de capacidade e persegui-los através da replicação mecânica pode ser colocar a carroça na frente dos bois. As discussões sobre a preparação de eletrodos secos envolvem inevitavelmente inovações fundamentais em equipamentos. O equipamento de processo de formação de filme de eletrodo-sistema de correia de aço duplo-usa tecnologia de laminação de correia de aço duplo para fabricar filmes autossustentáveis para eletrodos secos. O sistema de correia de aço pode servir como um transportador para filmes de eletrodo autoportantes, reduzindo a ocorrência de quebras de correia durante a fabricação roll-to-roll e movimento de alta velocidade. O equipamento de processo de formação e afinamento de filme de eletrodo-laminação de vários estágios-usa tecnologia de laminação para comprimir o pó em filmes grossos, que são então diluídos por meio de várias prensagens a quente e enrolados ou compostos com coletores de corrente, garantindo o afinamento contínuo do filme na espessura especificada e aumentando a densidade de compactação.

O futuro da tecnologia de eletrodos secos é promissor. Com o desenvolvimento de processos de eletrodos secos, a densidade de energia do eletrodo pode ser aumentada para 500Wh/kg, com um aumento de 25% na densidade de energia da bateria a cada dois anos e uma redução contínua de 10% nos custos, rompendo o gargalo de densidade de energia das baterias ternárias de lítio. Embora o estágio atual não possa exigir os mesmos resultados de produção em massa do método seco e do método úmido, os milagres industriais devem ser acompanhados pela pergunta: “Sempre foi assim?” enfrentando os desafios de um novo ciclo industrial, devemos ter a coragem de quebrar e reconstruir, promovendo uma auto-revolução.