Desafíos durante el litio

Jun 22, 2023

Rahul Bollini está escribiendo una serie de artículos que explican los desafíos que enfrentan durante la instalación de una planta de fabricación de celdas de iones de litio, que deberían ser relevantes para cualquier empresa que ingrese a este campo. Este artículo (parte 6 de la serie) explica los desafíos que enfrenta la empresa fabricante de celdas de iones de litio mientras planifica su expansión y diversificación.

La expansión para el mismo tipo de fabricación de células generalmente se realiza de forma modular, lo que significa que se añaden varias líneas del mismo tipo de equipo si la planta ya está completamente automatizada. En caso de que la planta no esté completamente automatizada, se implementa la automatización para aumentar la producción del equipo existente.

Una menor automatización permite una mayor flexibilidad en el resultado deseado, pero con algunas limitaciones. Por ejemplo, con el mismo equipo se pueden producir 15 Ah (modelo de mayor ciclo de vida) y 16 Ah de capacidad de LFP en escaneo de factor de forma cilíndrico 33140. También se pueden producir celdas con una altura menor y un diámetro similar, como 6Ah de LFP en un factor de forma cilíndrico 32700, con el mismo equipo (se requieren algunos cambios menores y ajustes). Además, se pueden producir celdas de densidad de energía gravimétrica (Wh) más alta y más baja modificando el diseño interno de la celda. Las celdas LFP pueden alcanzar muy cerca de 200 Wh/Kg simplemente usando colectores de corriente más delgados y utilizando más material activo en la composición de la suspensión del cátodo y el ánodo. Pero esto afecta el ciclo de vida, la resistencia interna, la velocidad de carga y provocará un mayor aumento de temperatura durante las operaciones.

Una planta que ya está bien automatizada y que funciona a plena capacidad no tiene mucho margen para aumentar la capacidad de producción. Por lo tanto, se agregan líneas de tamaño similar en mayor número para aumentar la capacidad de producción. Uno podría preguntarse, ¿cuál es la diferencia en el equipamiento de las plantas semiautomáticas y totalmente automáticas? Para empezar, la capacidad del mezclador sería menor y sus cantidades serían mayores en una planta semiautomática para permitir diversas formulaciones y varias velocidades de mezclado para producir varios tipos de células. Por otro lado, una planta totalmente automática utilizaría una mayor capacidad para asegurar una mayor homogeneidad en la producción y se centraría en fabricar menos modelos de células.

Si el integrador de sistemas para la ampliación de la planta es diferente del anterior, especialmente durante los niveles crecientes de automatización, puede suponer un desafío hacer que la planta funcione según el rendimiento deseado. Podría haber ciertos retrasos y un mayor desperdicio de materia prima y producción. Con los estilos cambiantes de automatización, hay cambios en los estilos de producción y la fuerza laboral necesita capacitación adicional para manejar estos cambios.

Para una empresa de fabricación de células, producir una gama diversa de células es crucial para satisfacer las necesidades de una gama más amplia de aplicaciones. Debido a su mayor densidad de energía (gravimétrica y volumétrica), voltaje, potencia y ciclo de vida, las baterías de iones de litio se están volviendo cada vez más populares. Como resultado, muchas aplicaciones están realizando la transición a estas baterías. Pero estas aplicaciones exigen diferentes tipos de celdas de iones de litio. Considere una celda de iones de litio utilizada en un teléfono móvil frente a la utilizada en un autobús eléctrico. Estas dos aplicaciones requieren diferentes factores de forma, capacidades y químicas. Puede resultar complicado para un fabricante de células producir ambos, pero seleccionar aplicaciones que utilicen parámetros similares para las células de iones de litio es una tarea más sencilla.

Mismo factor de forma, diferentes capacidades/potencias nominales – ¿Has oído hablar alguna vez de las células EV y ESS? Tomemos un ejemplo de una celda prismática LFP. Un fabricante puede producir células de vehículos eléctricos que puedan ofrecer mayor potencia (tasa C) y tener una mayor densidad de energía (gravimétrica y volumétrica), pero un ciclo de vida más bajo. Compárelo con las celdas ESS del mismo tipo prismático LFP, que tendrían menor potencia y menor densidad de energía pero proporcionarían un ciclo de vida más largo. Los cambios ocurren en el diseño de la celda y en el tipo de materiales (similares pero con especificaciones diferentes) utilizados.

Este parámetro se considera un plan de desarrollo. Las empresas planean mejorar la capacidad de descarga de sus productos con el mismo factor de forma y dimensión para proporcionar una mayor densidad de energía gravimétrica y volumétrica en el futuro.

Mismo factor de forma y diferentes químicas – Esto se puede explicar muy bien tomando el ejemplo de celdas de capacidad de 5 Ah en 21700 factores de forma cilíndricos. La misma celda se puede fabricar con combinaciones NMC 811 + Grafito de Silicio y NCA + Grafito de Silicio. La elección de los materiales del cátodo ofrece diferentes ventajas y desventajas relacionadas con la corriente continua máxima (carga y descarga), la corriente máxima de descarga, el ciclo de vida y la seguridad.

Misma capacidad y diferentes factores de forma – Tomemos el ejemplo de las celdas de 5Ah de capacidad. Esta capacidad se puede fabricar en factor de forma cilíndrica 21700 y factor de forma cilíndrica 26650. 21700 usa cátodo NMC 811 o NCA + grafito de silicio, mientras que 26650 usa NMC 532/622 + grafito. Las ventajas de una celda 21700, en este caso, incluyen una mayor densidad de energía gravimétrica y volumétrica. Las ventajas de una celda 26650, en este caso, incluyen mayor seguridad y vida útil y menor costo.

Todos los planes de diversificación requieren que el equipo de I+D de una empresa fabrique productos probados y los estudie durante un buen período de tiempo antes de llevar el producto a la producción en masa. Existen muchas pruebas relacionadas con el envejecimiento que indican qué tan bueno será el producto recientemente desarrollado. Estas pruebas pueden ser ciclos de vida en varias combinaciones de tasas de C de carga y descarga a diversas temperaturas, estudio de final de vida, envejecimiento calendario, aumento de IR con el envejecimiento, perfilado térmico con el envejecimiento, eficiencia de Wh y Ah de la celda con el envejecimiento, etc.

Próximas partes de esta serie:

Parte – 7 (Evolución hacia tecnologías más nuevas)

Parte – 8 (Integración hacia atrás)

Rahul Bollini es un experto en I+D en celdas de iones de litio con 8 años de experiencia. Fundó Bollini Energy para ayudar a comprender en profundidad las características de las celdas de iones de litio para empresas de análisis de datos de baterías, EV, BESS, BMS y de todo el mundo. Puede comunicarse con Rahul al +91-7204957389 y [email protected].

Lea también:

Parte 1Entendiendo el mercado

Parte 2Producto que cumple con las expectativas técnicas del mercado.

parte 3Posibilidad de localización y obtención de materias primas.

parte 4Planificación de la instalación de la planta.

parte 5Optimización de procesos y mano de obra cualificada

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