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배터리 생산 – 배터리 슬러리 혼합 및 코팅 라인의 밀도 및 점도 품질 관리

배터리 제조-생산-최적화-슬러리-점도

소개

리튬 배터리는 안전하고 신뢰성있는 현대 생활의 필수 요소와 편의성을 모두 유지합니다. 여기에는 가전 제품, 전기 자동차 (EV) 전원, 태양 광 발전 스토리지, UPS, 원격 위치의 경보 시스템, 이동성 장비 및 휴대용 전원 팩과 같은 실제 응용 프로그램이 많이 있습니다. 현재,이 배터리 기술은 도로 수송 및 재생 에너지의 에너지 저장 분야에서 혁명을 일으켜 가고 있습니다. 배터리 성능과 수명은 전기 자동차와 고정 전기 에너지 저장 시스템의 병목 현상을 일으켜 시장에 침투합니다. 한 가지 분명한 사실은 이미 확실하다. 목표 특성을 달성하고 품질을 유지하기 위해서는 배터리 제조 작업 전체의 프로세스를 최적화해야한다.

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배터리 기가팩토리 | 노스볼트 AB

배터리 생산자의 목표

지속 가능성 – 에너지 및 원자재 소비 감소

배터리 제조업체는 가능한 한 환경 발자국을 줄이는 것을 목표로 합니다. 배터리 셀 제조에 전력을 공급하기 위해 청정 에너지를 사용하는 순환 제조 접근 방식과 성실한 원자재 조달이 필요합니다.

일부는 수명이 다한 배터리를 재활용하고 재료를 다시 제조 공정으로 재활용하여 "루프를 닫는" 방법을 찾고 있습니다.

안정적이고 경쟁력 있는 생산 공정

모든 배터리 솔루션은 셀을 "최소 공통 분모"로 사용합니다. 더 높은 용량을 위해 배터리는 직렬 및 병렬로 연결된 많은 작은 셀로 구성됩니다. 배터리 제조 분야에서는 특히 그렇습니다. 가장 약한 셀보다 더 강한 배터리 팩은 없습니다.

최상의 셀과 최악의 셀의 주기 수명과 품질에는 상당한 차이가 있을 수 있습니다. 제조 공정을 반복하고 안정화함으로써 까다로운 애플리케이션에서 배터리 솔루션의 품질이 향상될 것입니다.

생산 능력 증가

CATL·파나소닉·LG화학·삼성SDI·SK이노베이션 등 전지 선두업체들이 글로벌 자동차 OEM 수주를 놓고 치열한 경쟁을 펼치고 있다. 그렇게 함으로써 그들은 또한 서로에게 훌륭한 자극을 제공합니다. 전 세계 자동차 판매량에서 전기차가 차지하는 비중이 상당해지기 시작한 이후 생산능력 증설이 가파르게 가속화되고 있다. 129년 말 누적 용량은 2018GWh에 달했다. 카운터포인트 리서치에 따르면 전기차용 누적 배터리 생산 능력은 상위 업체의 확대를 중심으로 800년까지 거의 2025GWh에 이를 것으로 예상된다.
배터리 기가팩토리
유럽의 배터리 GigaFactories

유럽 ​​배터리 GigaFactories | https://www.orovel.net/insights/li-on-battery-gigafactories-in-europe-june-2020

배터리 생산

전지 조립의 첫 번째 단계는 활성 물질, 전도성 물질 및 고분자 결합제를 용매에 포함하는 현탁액을 구리 필름 또는 알루미늄 필름에 증착하는 것입니다 (슬러리 준비 및 코팅). 그 다음 전극의 건조, 캘린더 링 및 크기 조정이 이어집니다. 바람직한 전기 화학적 성능을 제공하려면 배터리 전극의 다단계 제조 공정을 면밀히 제어해야합니다. 슬러리는 고점도 매체에 다양한 화학 물질, 크기 및 모양의 고체 입자를 많이 포함하는 매우 복잡한 현탁액 시스템입니다. 균질성을 위해서는 슬러리의 철저한 혼합이 필수적입니다. 슬러리의 유변학 적 특성은 슬러리 안정성, 혼합 용이성 및 코팅 성능과 같은 중요한 속성에 영향을 미쳐 완성 된 전극에 영향을 미칩니다. 조성 및 적용된 처리 조건은 결과 현탁액의 유변학에 영향을 미칠 수 있습니다. 밀도와 점도는 유동 특성을 정량화하고 샘플 내 구조의 정도와 고체 또는 액체와 같은 거동이 지배하는 정도를 특성화합니다. 전극 제조 공정에서 공정 중 성분의 점도는 특히 중요하며 코팅과 같은 배터리 제조 공정에서 중요한 역할을합니다. 고분자 바인더 용액의 점도는 코팅 성능에 영향을 미칩니다. 그것은 분말이 그 안에 분산되는 용이성, 혼합에 필요한 힘 및 균일 한 코팅의 적용 속도에 영향을 미칩니다. 다공성 전극 이론 (PET)은 실험을 통해 검증 된 리튬 이온 배터리 셀의 전반적인 성능에 대한 양극 밀도의 관련성을 제시합니다. 양극 밀도가 높은 셀은 낮은 전류 속도에서 약간 더 높은 방전 용량을 보이지만 높은 전류 속도에서는 낮은 양극 밀도를 가진 셀이 더 나은 성능을 나타냅니다.

배터리 제조 공정 단계

배터리 생산 단계

Medium의 BatteryBits | https://medium.com/batterybits/battery-manufacturing-basics-from-catls-cell-production-line-part-1-d6bb6aa0b499

문제 정책

슬러리의 물리적 특성을 결정하는 슬러리 성분의 분산 및 상태는 리튬 이온 배터리를 제조하기위한 혼합 및 코팅 공정의 설계 및 개발에 중요하다.

  • LIB (Lithium-Ion Battery) 전극 슬러리의 일반적인 생산 방법은 배치 또는 준 연속 공정을 기반으로합니다.
  • 연속 혼합 공정은 모든 액체 및 고체 성분의 제어 된 투여 및 액체상의 고체 입자의 미세 분포로 구성된다.

세포의 민감한 화학은 시간과 비용 절약이 품질을 희생 할 수 없다는 것을 의미하며, 이는 매우 높은 수준을 유지해야합니다. 배치 공정을 최적화하기 위해 밀도와 점도를 제어하면 일관성, 품질 및 재료 비용을 크게 절감 할 수 있습니다. 연속 혼합 공정의 공정 제어 및 추적 성은 인라인 모니터링 및 밀도 및 점도 제어로 개선 될 수 있습니다. 인라인 통합으로 지원되는 자동화를 통해 생산 라인 전체의 모든 프로세스를 최적화하여 증가하는 요구에 부응하기 위해 배터리 제조를 더 빠르게 할 수 있습니다.

공정 과제

중요한 전극 슬러리 매개 변수의 모니터링 및 제어-밀도 및 점도는 고성능 전극 및 그 제조의 개발 및 제조에 매우 관련이 있습니다. 주요 이유 :

  • 슬러리 혼합 시 불필요한 교반은 시간이 지남에 따라 내부 구조를 악화시키고 열화시킨다. 목표는 최대 균질성과 입자의 분해 없이 성분의 완전한 혼합을 달성하는 것입니다. 밀도 제어는 정확한 재료 조성과 구성 분율을 보장하고 점도 제어는 슬러리 준비 공정의 일관성을 보장합니다.
  • 고점도 슬러리는 코팅 공정에 문제를 일으키고 분산성이 좋지 않아 필름 균일성이 낮습니다. 코팅 두께와 층 밀도의 균일성은 배터리의 수명(재충전 주기 시간)과 이온 전달 속도에 대한 제어를 보장하는 데 중요하며, 층 두께를 조절하면 더 작은 배터리를 만들 수 있습니다. 점도 제어는 균일한 코팅 두께와 최소 코팅 두께 편차를 달성하는 데 필수적입니다.
  • 배터리 슬러리의 점도가 높을수록 방치시 침강에 대한 내성이 증가하고 코팅시 더 두꺼운 전극 필름을 제공합니다. 점도가 높을수록 코팅 공정을 제어하기가 어려워 져 불규칙한 코팅 및 가변 층 밀도로 이어질 수 있으며, 이는 결과적으로 다양한 이온 전달 속도를 초래하여 예측할 수없는 배터리 수명 시간 (및 예측할 수없는 재충전 사이클 시간)을 초래한다.
  • 전극 밀도는 리튬 이온 배터리의 사이클 성능과 비가역적 용량 손실에 영향을 미칩니다. 일정 관리 프로세스의 요구 사항에 따라 적절한 범위 내에서 모니터링 및 제어해야 합니다.

레오 닉스 제안

배터리 제조 공정의 슬러리 준비 및 코팅 및 건조 단계에서 전극 슬러리 매개 변수를 제어하려면 자동 인라인 점도 측정 및 제어가 중요하지만, 배터리 성능을 향상 시키려면 캘린더 링 단계에서 전극 밀도를 면밀히 모니터링해야합니다. Rheonics는 다단계 배터리 제조 프로세스에서 프로세스 제어 및 최적화를 위해 다음과 같은 솔루션을 제공합니다.

  1. 인라인 점도 측정 : 레오 닉스 SRV 는 유체 온도 측정 기능이 내장 된 광범위한 인라인 점도 측정 장치로, 모든 공정 스트림 내에서 실시간으로 점도 변화를 감지 할 수 있습니다.
  2. 인라인 점도와 밀도 측정 : 레오 닉스의 SRD 유체 온도 측정 기능이 내장 된 인라인 동시 밀도 및 점도 측정 장비입니다. 밀도 측정이 작업에 중요한 경우 SRD는 정확한 밀도 측정과 함께 SRV와 유사한 작동 기능을 통해 사용자 요구에 맞는 최상의 센서입니다.
배터리 생산 최적화

레오 닉스의 장점

소형 폼 팩터

Rheonics의 SRV 및 SRD에는 간단한 OEM 및 개조 설치를위한 매우 작은 폼 팩터가 있습니다. 모든 프로세스 스트림에 쉽게 통합 할 수 있습니다.

압력 강하 없음 공정 라인

Rheonics의 SRV 및 SRD는 공정 라인에서 상당한 압력 강하를 유발합니다. 점도 및 밀도 측정은 비 뉴턴 유체, 단상 및 다상 유체뿐만 아니라 뉴턴에서 매우 정확하고 반복성이 높습니다.

 

장착 조건에 민감하지 않음 : 모든 구성 가능

Rheonics SRV 및 SRD는 특허를받은 고유 한 동축 공진기를 사용합니다. 센서의 두 끝이 반대 방향으로 비틀어 설치시 반력을 제거하여 설치 조건에 완전히 영향을받지 않습니다.

 

정확하고 빠르고 안정적인 측정

특허를받은 정교한 3rd 세대 전자 장치가 이러한 센서를 구동하고 응답을 평가합니다. Rheonics 장치는 포괄적 인 계산 모델과 결합 된 초고속 전자 장치로 업계에서 가장 빠르고 정확한 장치 중 하나입니다. SRV 및 SRD는 1 초마다 실시간으로 정확한 점도 (및 SRD 밀도) 측정을 제공하며 유량 변화에 영향을받지 않습니다!

 

탁월한 센서 설계 및 기술

Rheonics의 SRD 및 SRV는 간단한 OEM 및 개조 설치를위한 매우 작은 폼 팩터를 갖습니다. 모든 프로세스 스트림에 쉽게 통합 할 수 있습니다. 청소가 쉽고 유지 보수 나 재구성이 필요 없으며 산업용 통신 시스템과 완벽하게 호환됩니다. 두 센서 모두 ¾”NPT 및 1”Tri-Clamp와 같은 산업 표준 프로세스 연결로 제공되므로 작업자는 프로세스 라인의 기존 온도 센서를 SRV 또는 SRD로 교체하여 정확한 값 외에 밀도 및 점도와 같은 매우 가치 있고 실행 가능한 프로세스 유체 정보를 제공 할 수 있습니다 내장 Pt1000 (DIN EN 60751 Class AA, A, B 사용 가능)를 사용하여 온도 측정.

 

SRD : 단일 기기, 트리플 기능

Rheonics의 SRD는 점도, 밀도 및 온도 측정을 위해 세 가지 다른 기기를 대체하는 고유 한 제품입니다. 3 개의 서로 다른 기기를 배치하는 어려움을 없애고 가장 가혹한 조건에서도 매우 정확하고 반복 가능한 측정을 제공합니다.

 

고객의 요구에 맞게 제작 된 전자 제품

방폭 트랜스미터 하우징과 소형 폼 팩터 DIN 레일 마운트로 제공되는이 센서 전자 장치는 프로세스 파이프 라인과 장비의 장비 캐비닛에 쉽게 통합 할 수 있습니다.

 

쉽게 통합 할 수

센서 전자 장치에 구현 된 여러 아날로그 및 디지털 통신 방법으로 산업용 PLC 및 제어 시스템에 간단하고 간단하게 연결할 수 있습니다.

 

ATEX 및 IECEx 준수

Rheonics는 위험한 환경에서 사용하기 위해 ATEX 및 IECEx 인증을받은 본질 안전 센서를 제공합니다. 이 센서는 폭발 위험이있는 환경에서 사용하도록 설계된 장비 및 보호 시스템의 설계 및 구성과 관련된 필수 건강 및 안전 요구 사항을 준수합니다.

Rheonics가 보유한 본질 안전 및 방폭 인증을 통해 기존 센서를 사용자 정의 할 수 있으므로 고객은 대안을 식별하고 테스트하는 데 드는 시간과 비용을 피할 수 있습니다. 하나의 장치에서 최대 수천 개의 장치를 필요로하는 응용 분야에 맞춤형 센서를 제공 할 수 있습니다. 리드 타임은 몇 주가 걸리고 몇 개월이 소요됩니다.

레오 닉스 SRV & SRD ATEX 및 IECEx 인증을 받았습니다.

ATEX (2014 / 34 / EU) 인증

Rheonics의 ATEX 인증 본질 안전 센서는 ATEX Directive 2014 / 34 / EU를 준수하며 Ex ia에 대한 본질 안전 인증을 받았습니다. ATEX 지침은 위험한 환경에서 근무하는 작업자를 보호하기 위해 건강 및 안전과 관련된 최소 및 필수 요구 사항을 지정합니다.

Rheonics의 ATEX 인증 센서는 유럽 및 국제적으로 사용하도록 인정 받았습니다. 모든 ATEX 인증 부품은 준수를 표시하기 위해 "CE"로 표시됩니다.

IECEx 인증

Rheonics의 본질 안전 센서는 폭발 위험이있는 환경에서 사용하기위한 장비 관련 표준에 대한 인증을위한 국제 전기 기술위원회 (IEC)의 IECEx 인증을 받았습니다.

이것은 위험한 지역에서 사용하기위한 안전 준수를 보장하는 국제 인증입니다. Rheonics 센서는 Ex i에 대한 본질 안전 인증을 받았습니다.

실시

실시간 점도 및 밀도 측정을 위해 센서를 공정 스트림에 직접 설치하십시오. 바이 패스 라인이 필요하지 않습니다. 센서를 인라인에 담그면 유량 및 진동이 측정 안정성 및 정확도에 영향을 미치지 않습니다. 유체에 대해 반복적이고 연속적이며 일관된 테스트를 제공하여 혼합 성능을 최적화하십시오.

전극 제조 공정에서 Rheonics의 솔루션 통합

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응용 프로그램에 권장되는 제품

• 넓은 점도 범위 – 전체 공정 모니터링
• 뉴턴 유체와 비 뉴턴 유체, 단상 및 다상 유체 모두에서 반복 가능한 측정
• 모든 금속 (316L 스테인리스 스틸) 구조
• 유체 온도 측정 기능 내장
• 기존 공정 라인에 간단한 설치를위한 소형 폼 팩터
• 손쉬운 청소, 유지 보수 또는 재구성 불필요

• 공정 밀도, 점도 및 온도 측정을위한 단일 기기
• 뉴턴 유체와 비 뉴턴 유체, 단상 및 다상 유체 모두에서 반복 가능한 측정
• 모든 금속 (316L 스테인리스 스틸) 구조
• 유체 온도 측정 기능 내장
• 기존 파이프에 간단한 설치를위한 소형 폼 팩터
• 손쉬운 청소, 유지 보수 또는 재구성 불필요

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