Solutions de contrôle de tension à haut débit pour la fabrication de batteries au lithium

Les défauts de revêtement des électrodes représentent 2 à 5% de la production totale de batteries au lithium, la tension instable étant identifiée comme cause principale.NITV2050 vanne proportionnelle électro-pneumatiquemaintient une stabilité de tension de ±1,5% à des débits d'air allant jusqu'à 1 500 L/min.

Le revêtement d'électrodes est la principale source de déchets de fabrication dans la production de batteries au lithiumSelon Kehrer et al. (2021), les défauts de revêtement représentent 2 à 5% du total des rejets de production, ce qui se traduit par des millions de dollars en coûts annuels de ferraille pour les opérations à grande échelle.Trois défis de contrôle de la tension au cœur conduisent ces pertes:

Une consommation d'air élevée dépasse les composants pneumatiques standardLes régulateurs électro-pneumatiques standard avec des débits inférieurs à 1,000 L/min ne peut pas maintenir une pression de sortie stable à ces volumesLa documentation technique de DFE Inc. confirme que sans contrôle précis de la tension, le processus de revêtement devient incohérent,ce qui entraîne des vides et des variations d'épaisseur que le calandrage ne peut pas résoudre.

Ventilateurs de précision à air comprimé contaminéLes compresseurs d'air d'usine produisent souvent de l'air dont la teneur en humidité dépasse les normes ISO 8573-1 de classe 4.et défaillance prématurée des composants électro-pneumatiques de précisionDans les environnements typiques de fabrication de batteries, l'air non filtré contient 5 à 40 mg/m3 de particules et de vapeur d'eau, ce qui dépasse largement la tolérance de < 5 mg/m3 des régulateurs de précision.

L'instabilité de la tension provoque directement des défauts de revêtementUne variation de tension de 1% produit une déviation de poids de revêtement de 3 à 5% sur l'ensemble du réseau d'électrodes.Le marché mondial des batteries au lithium, dont la capacité devrait atteindre 1 TWh d'ici 2028 (Karaki et al., 2022), ne peut absorber ce niveau d'inefficacité de production.

Le NNT NITV2050 est un régulateur proportionnel électro-pneumatique qui convertit les signaux électriques en sortie de pression d'air proportionnelle, avec une capacité de débit maximale de 1,500 L/min ∼50% au-dessus des exigences de consommation typiques de la ligne de revêtement.

La série NITV2050 contrôle la pression de l'air de manière ininterrompue proportionnelle à un signal d'entrée électrique (0 ‰ 10 VDC ou 4 ‰ 20 mA).

Pour les applications de revêtement à débit élevé, le NITV2050 fournit une marge de capacité suffisante au-dessus des besoins de consommation typiques de 1 000 L/min, empêchant ainsi la chute de pression pendant les cycles de pointe de la demande.La spécification d'hystérésis à 5% assure un contrôle de tension constant lors de changements rapides de vitesse du web.

Une ligne de revêtement d'électrodes de batterie au lithium consommant 1 000 L/min d'air comprimé a obtenu un contrôle stable de la tension en installant l'ITV2050 avec un préfiltre de 5 microns,après une défaillance de deux installations de vannes antérieures dans les 6 mois.

La ligne de revêtement fonctionnait dans une installation équipée d'un système d'air comprimé vieilli.000 L/min régulateurs sans préfiltration) ont échoué dans les 6 mois en raison de la corrosion interne et de la contamination du siège, provoquant un temps d'arrêt non planifié de 48 heures par panne.

Les ingénieurs ont installé le NNT NITV2050 avec la configuration suivante:

• Les valeurs d'écoulement sont calculées en fonction de la fréquence d'écoulement.
• Préfiltration: filtre à air de 5 microns à l'entrée de la vanne (équivalent à la spécification de filtration de la vanne de commande TLV CT16)
• Boucle de commande: commande de tension en boucle fermée avec rétroaction de la cellule de charge
• Plage de réglage de la pression de fonctionnement: 0,3 à 0,6 MPa

Le filtre de 5 microns a obtenu un rendement de filtration comparable aux spécifications de la vanne de commande TLV CT16 (filtration de 5 microns pour les actionneurs pneumatiques),protéger les pièces internes de précision de l'ITV2050 contre les dommages causés par l'humidité et les particules.

Après 12 mois de fonctionnement continu:

Le système de commande en boucle fermée avec NITV2050 a maintenu la stabilité de tension à ±1,5% sous un débit continu de 1 000 L/min, même avec des niveaux d'humidité de l'air d'entrée supérieurs aux normes typiques de la classe 4.

Pour les fabricants de batteries évaluant les améliorations du contrôle de tension à débit élevé:

1. Étape 1: vérification de la consommation d'air
   Mesurer le débit d'air maximum et moyen dans les stations de contrôle de tension existantes. La plupart des lignes de revêtement nécessitent 800 ‰ 1200 L/min par station.
2. Étape 2: évaluer la qualité de l'air
   L'air comprimé doit être soumis à des essais pour déterminer la teneur en humidité et les niveaux de particules conformément à l'ISO 8573-1. Les valeurs supérieures à la classe 4 (< 5 mg/m3) nécessitent une préfiltration.
3. Étape 3: Sélectionner la capacité de la vanne
   Sélectionnez des régulateurs électropneumatiques avec une marge de débit de 1,5 fois supérieure à la demande maximale. Pour une consommation de 1 000 L/min, une capacité de vanne minimale de 1 500 L/min.
4. Étape 4: Installez la préfiltration
   Montez des filtres de 5 microns en amont des vannes de précision. Surveillez la pression différentielle du filtre chaque mois. Remplacez à 0,05 MPa.
5. Étape 5: Mise en œuvre du contrôle en boucle fermée
   Intégrer la rétroaction de la cellule de charge avec la sortie analogique de l'ITV2050 pour un réglage en temps réel de la tension.

Les systèmes de régulation de la tension par revêtement d'électrode nécessitent généralement 800 à 1 200 L/min d'air comprimé par station, selon la largeur du treillis et la vitesse de la ligne.500+ L/min.

Le NITV2050 lui-même est classé IP65 mais nécessite un air pur pour un fonctionnement précis.Dans les environnements contaminés, le remplacement du filtre tous les 3 à 6 mois est typique.

Les données de l'industrie montrent qu'une variation de tension de 1% produit une variation de poids de revêtement de 3 à 5%.000 cellules défectueuses par heure.

Les défauts de revêtement des électrodes représentent 2 à 5% du total des rejets de production de batteries au lithium, selon des études de fabrication de 2021.Une réduction de 50% permettrait d'économiser 2,5 millions de dollars par an pour une gigafactory de 10 GWh..

Le réglage en boucle ouverte permet une variation de tension de ± 5·8%; le réglage en boucle fermée avec rétroaction de la cellule de charge réduit cette variation à ± 1,5%,qui est nécessaire pour les applications de revêtement de haute qualité visant un écart de poids de revêtement inférieur à 2%.

La régulation de la tension du revêtement d'électrode à forte consommation d'air (1 000 L/min) nécessite des régulateurs électropneumatiques avec une capacité de débit suffisante et une protection contre l'air contaminé.avec 1Avec une capacité de 500 L/min et une préfiltration de 5 microns, il maintient une stabilité de tension de ±1,5% dans des environnements de revêtement exigeants.Les fabricants de batteries qui mettent en œuvre cette configuration rapportent des réductions du taux de ferraille de revêtement de 30,8% à 1,2%, en éliminant les temps d'arrêt de remplacement non planifiés des vannes.