Il processo con batteria a secco riduce al minimo l'ingombro e il consumo energetico

Jul 24, 2023

Cristiano Kazarian | 10 luglio 2023

Una delle fasi principali del processo di produzione delle batterie è il rivestimento di materiale attivo sopra la lamina metallica per creare l'elettrodo. Il materiale attivo è il luogo in cui si verificano le reazioni elettrochimiche, consentendo all'elettrodo di immagazzinare e quindi rilasciare energia quando la cella si scarica.

L'elettrodo per batteria a secco (DBE) è un concetto e una tecnologia emergenti nel settore delle batterie che innova la fabbricazione degli elettrodi come un percorso "da polvere a pellicola". Il processo riduce il tempo e l'energia necessari e riduce al minimo lo spazio necessario, rispetto al processo di fabbricazione a umido (rivestimento della lamina dell'elettrodo con un impasto chimico umido).

Il tradizionale processo a umido è una fase più complicata della produzione delle batterie. Secondo Rheonics, società di soluzioni di rilevamento dei fluidi, il primo passo dell'assemblaggio è la deposizione di una sospensione contenente il materiale attivo, il materiale conduttore e il legante polimerico in un solvente su una pellicola di rame o una pellicola di alluminio (preparazione e rivestimento dell'impasto liquido). Seguono l'essiccazione, la calandratura e il dimensionamento degli elettrodi.

Per garantire prestazioni elettrochimiche desiderabili, il processo di produzione in più fasi degli elettrodi delle batterie deve essere strettamente controllato. I fanghi sono un sistema di sospensione complesso contenente una percentuale significativa di particelle solide di diverse sostanze chimiche, dimensioni e forme in un mezzo altamente viscoso.

Una miscelazione accurata del liquame è essenziale per l'omogeneità. Le proprietà reologiche dei liquami influiscono su attributi importanti: stabilità dei liquami, facilità di miscelazione e prestazioni del rivestimento, che influiscono sugli elettrodi finiti. La composizione e le condizioni di lavorazione applicate possono avere un impatto sulla reologia della sospensione risultante.

Negli ultimi due anni il processo DBE ha avuto molto successo come soluzione praticabile al tradizionale processo a umido, complesso e dispendioso in termini di tempo.

Le batterie agli ioni di litio vengono utilizzate per dispositivi elettronici, giocattoli, cuffie wireless, utensili elettrici portatili, piccoli e grandi elettrodomestici, veicoli elettrici e sistemi di accumulo dell'energia elettrica.

Maxwell Technologies – che ora fa parte di Tesla – e altre società, tra cui LiCap Technologies con sede in California e AM Batteries con sede nel Massachusetts, offrono la tecnologia di rivestimento a secco.

LiCap Technologies chiama il suo processo tecnologia dell'elettrodo secco attivato. Nel dicembre 2022, LiCap ha collaborato con Siemens e BW Papersystems (una divisione di Barry-Wehmiller) sulla produzione in serie di apparecchiature per la produzione di elettrodi secchi.

La partnership strategica produrrà e commercializzerà sistemi innovativi di produzione di elettrodi secchi per l’industria delle celle delle batterie.

AM Batteries delinea il suo processo come:

Queste sono solo alcune delle aziende che hanno approfondito il DBE.

Proprio quest’anno, sia Tesla che Volkswagen hanno iniziato a utilizzare il processo DBE.

Nel marzo 2023,Teslaha incorporato il nuovo processo di rivestimento degli elettrodi a secco per la produzione di batterie che sta applicando al suo nuovo design di celle 4680 di nuova generazione.

Tesla ha ottenuto la tecnologia del processo a secco tramite l’acquisizione nel 2019 della startup californiana Maxwell Technologies, che sostituisce la tradizionale e complicata fase di produzione delle batterie che prevede il rivestimento della lamina dell’elettrodo con un impasto chimico umido (la società di veicoli elettrici ha venduto Maxwell Technologies nel 2021 a UCPower ma ha mantenuto la sua metodologia di processo con elettrodo a batteria a secco.)

Nel metodo tradizionale, il foglio rivestito deve essere sottoposto a un lungo processo di essiccazione prima dell'assemblaggio finale e i solventi tossici utilizzati nell'impasto liquido devono essere recuperati e smaltiti.

Tesla ritiene inoltre che il processo di rivestimento a secco abbia il potenziale per ridurre drasticamente le dimensioni, i costi, il consumo di energia e il tempo del ciclo di produzione degli impianti di produzione di batterie, aumentando al tempo stesso la densità energetica e la potenza delle celle della batteria.

Panasonic, uno dei partner di Tesla per le batterie, ha annunciato lo scorso maggio che sta ritardando la produzione in serie della cella della batteria Tesla 4680 per introdurre “misure di miglioramento delle prestazioni”. Non c'erano informazioni su quali fossero le misure.