Una planta de fabricación de celdas de batería de litio funciona con fluidos. La pasta se mezcla y se recubre, el disolvente se seca y se recupera, el electrolito se dosifica en las celdas acabadas, y los circuitos de refrigeración y de calor mantienen cada paso a la temperatura adecuada. La mayoría de esos fluidos son corrosivos, inflamables, tóxicos o tan sensibles a la humedad que un mínimo rastro de agua estropea la celda. Las bombas que los transportan no son un tema secundario. Si se elige una bomba inadecuada, se producen fugas en las juntas en una zona con disolventes inflamables, la entrada de agua que hidroliza el electrolito o un recubrimiento contaminado que echa a perder un rollo de electrodos. Esta guía aborda las funciones de las bombas en la fabricación de baterías de litio, donde es el fluido, y no el caudal, lo que determina la elección de la bomba.
Llevamos años fabricando bombas de accionamiento magnético sin juntas y bombas de engranajes magnéticos para clientes del sector de las nuevas energías, incluyendo la manipulación de electrolitos y disolventes, así como la circulación en líneas de recubrimiento. Un ejemplo: una línea alemana de recubrimiento de separadores para baterías de litio utiliza nuestras bombas magnéticas de vórtice MDH con motores a medida. A continuación, repasamos el proceso de fabricación de celdas paso a paso —electrolito, disolvente NMP y su circuito de recuperación, dosificación de aglutinantes y aditivos, y control térmico de la línea de recubrimiento— con los requisitos de materiales, estanqueidad y dosificación que diferencian el funcionamiento de las bombas para la química de las baterías del de las bombas de transferencia convencionales. Cuando una aplicación queda fuera del ámbito de las bombas sin juntas —y la pasta de electrodos abrasiva es el principal ejemplo—, lo indicamos claramente.
1. Las funciones de las bombas en una planta de fabricación de celdas de batería de litio
Dejemos de lado el agua de uso general, que se gestiona mediante sistemas centrífugos convencionales. La parte de la planta de células dedicada al manejo de fluidos se divide en las siguientes funciones de bombeo, cada una con un medio y unos requisitos de precisión distintos:
● Transporte de lechada y alimentación del recubridor — Traslado de la pasta del cátodo (a base de NMP) y del ánodo (a base de agua) desde los mezcladores hasta la boquilla de recubrimiento. De alto contenido en sólidos, abrasiva y sensible al cizallamiento.
● Dosificación de aglutinantes y aditivos — dosificar la solución de aglutinante de PVDF y las dispersiones de aditivos conductores en la mezcla en una proporción controlada.
● Transferencia y recuperación del disolvente NMP — alimentar el proceso de recubrimiento y bombear el disolvente recuperado a través del circuito de condensación y destilación de vuelta a la mezcla.
● Transferencia y dosificación de electrolitos — Trasvase del electrolito LiPF₆ desde bidones y contenedores IBC a depósitos de almacenamiento diario y alimentación de las máquinas de llenado, sin fugas y a prueba de humedad.
● Control térmico de la línea de recubrimiento y del proceso — el glicol refrigerado que circula por las mezcladoras con camisa y las salas de secado, y el fluido caliente o el aceite térmico que circula por los rodillos calentados y las zonas de secado.
● Formación y refrigeración de la red de servicios públicos — Circulación de fluido limpio para la formación, el envejecimiento y la refrigeración general del proceso.
Hay cuatro requisitos comunes a todas las aplicaciones químicas: la compatibilidad de los materiales con el electrolito que forma HF y con los disolventes agresivos; la estanqueidad absoluta en zonas con disolventes inflamables; la exclusión de la humedad atmosférica del recorrido del electrolito; y la precisión en la dosificación que permita mantener el valor de consigna del recubrimiento o del llenado. La suspensión abrasiva de los electrodos constituye un problema aparte, que se resuelve con bombas de cavidad progresiva o peristálticas. Las tareas relacionadas con el electrolito, el disolvente, la dosificación y el control térmico son aquellas en las que las bombas de accionamiento magnético sin juntas y las bombas de engranajes magnéticos resultan la herramienta adecuada, y en eso es en lo que se centra esta guía.
2. Electrolito: por qué necesita una bomba hermética a la humedad y sin juntas
El electrolito de iones de litio es una sal de litio —casi siempre LiPF₆— disuelta en una mezcla de disolventes orgánicos de carbonato, como EC, DMC y EMC. Es corrosivo, inflamable y extremadamente sensible a la humedad. El LiPF₆ reacciona incluso con trazas de agua mediante una cadena de hidrólisis que culmina en ácido fluorhídrico (HF), el cual ataca a los metales, al vidrio y a la mayoría de los materiales de las bombas, al tiempo que degrada la composición química de la célula. Por lo tanto, una bomba de electrolito tiene que realizar dos funciones a la vez: mantener el electrolito dentro y evitar que entre el aire húmedo.
Esto descarta el uso de una bomba con junta mecánica o sellado mecánico. Una junta constituye tanto una vía de fuga para los vapores de disolventes inflamables como una vía de entrada para la humedad. Una bomba de accionamiento magnético sin juntas elimina ambas: el par motor atraviesa una carcasa de contención estática a través de un acoplamiento magnético, por lo que no existe ningún tipo de junta dinámica. Las piezas en contacto con el fluido deben ser no metálicas o revestidas de fluoropolímero —PTFE, PFA o ETFE— y funcionar sobre cojinetes de carburo de silicio, ya que cualquier pieza metálica en contacto con el fluido se corroe en cuanto se forma HF. Hay un detalle que suele pasar desapercibido en las plantas: los elastómeros. Los disolventes de carbonatos hacen que las juntas tóricas estándar de FKM (Viton) se hinchen hasta perder su capacidad de estanqueidad, por lo que el FFKM (perfluoroelastómero) es la especificación estándar para aplicaciones con electrolitos.
La mezcla de disolventes es inflamable, por lo que las zonas de las bombas de electrolito y disolvente suelen estar clasificadas como Zona 1 o Zona 2 según ATEX o IECEx. El motor debe tener una clasificación «Ex» que se ajuste a la clasificación de la zona; compruébalo con el plano de zonas peligrosas de la planta antes de realizar la compra. Nuestro Bomba de accionamiento magnético AMC-F con revestimiento de PTFE es el diseño sin juntas y con revestimiento de fluoropolímero que requiere esta aplicación, y se combina con nuestro Soluciones de bombas a prueba de fugas y Soluciones de bombas resistentes a la corrosión para tener una visión más amplia de la gestión de sustancias corrosivas.
3. Transferencia, dosificación y llenado de electrolitos
Existen tres funciones distintas de las bombas de electrolito, y no todas utilizan la misma bomba. La transferencia a granel traslada el electrolito desde los bidones de suministro o los contenedores IBC a los depósitos diarios y a los depósitos tampón —una operación continua, sin fugas y a prueba de humedad—. La alimentación dosificada suministra electrolito al depósito tampón de la máquina de llenado a un caudal controlado. La dosificación final en cada célula — microlitros para una pila de botón, gramos para una pila tipo bolsa o prismática, que suele aspirarse al vacío— la realiza el propio cabezal dosificador de precisión de la máquina de llenado, normalmente un émbolo cerámico o una unidad peristáltica diseñada para una precisión de ±0,5-1 % en cada dosificación. Ese cabezal de microdosificación forma parte del equipo de llenado. La bomba que usted especifica por separado es la que transfiere y suministra el electrolito al cabezal.
Para la transferencia de bidones o contenedores IBC a depósitos y la alimentación de depósitos a máquinas, una bomba magnética de engranajes sin juntas proporciona un caudal volumétrico uniforme, repetible y sin pulsaciones, sin juntas que puedan presentar fugas o dejar pasar humedad. La Bomba de engranajes magnética micro MDC-M es adecuado para la dosificación de electrolitos y aditivos en pequeños volúmenes; el Bomba de engranajes magnética MDC-K y el Bomba magnética de engranajes MDC-X de tamaño mediano a grande admiten velocidades de transferencia más altas. Para una transferencia a gran escala sin fugas directamente desde el almacenamiento a granel, el Bomba de accionamiento magnético AMC-F con revestimiento de PTFE mantiene todo el recorrido inerte y contenido, desde el tambor hasta el depósito diario.
4. Disolvente NMP: Bombas de manipulación y recuperación
El NMP (N-metil-2-pirrolidona) es el disolvente que disuelve el aglutinante de PVDF en la pasta del cátodo. Es caro, un COV regulado y una sustancia tóxica para la reproducción, por lo que una línea de recubrimiento moderna hace dos cosas con él: lo maneja sin fugas y lo recupera. El NMP hierve a unos 203 °C y es totalmente miscible con el agua, y ambos factores determinan el proceso de recuperación y la elección de la bomba.
Durante el secado de los electrodos, los gases de escape del horno de recubrimiento contienen vapor de NMP. Un sistema de condensación en frío recupera aproximadamente entre el 90 y el 95 % de este vapor en forma líquida; el gas residual saturado pasa a través de un concentrador de rotor de zeolita o carbón activado y, a menudo, por un oxidante térmico regenerativo para garantizar el cumplimiento de la normativa sobre COV. A continuación, el NMP recuperado se destila, aprovechando su alto punto de ebullición y su miscibilidad con el agua, y se devuelve al proceso de mezcla de la suspensión. Ese circuito conlleva varias funciones de bombeo: transferir el condensado recuperado, alimentar y realizar el reflujo de la columna de destilación, y devolver el NMP purificado a la sala de mezcla, parte del cual se encuentra caliente.
Las bombas sin sellado son adecuadas para todo ello. Para el servicio de transferencia y recuperación de NMP, la Bomba de accionamiento magnético para procesos químicos AMC-L y Bomba de accionamiento magnético AMC-F con revestimiento de PTFE permiten manipular el disolvente sin fugas, y un Bomba de engranajes magnética MDC-K proporciona un suministro dosificado y sin pulsaciones cuando se requiere una velocidad de alimentación fija. La destilación en caliente está al alcance del modelo de accionamiento magnético con la clasificación de temperatura adecuada. También hay que tener en cuenta el aspecto normativo: la normativa sobre fluoropolímeros y PFAS se está endureciendo, y nuestra nota sobre Normativa sobre los PFAS y requisitos para las bombas químicas explica qué implica esto para las especificaciones de las bombas con revestimiento.
5. Dosificación de aglutinantes y aditivos para lechadas
La pasta de electrodos es, precisamente, la única tarea de la planta de fabricación de celdas para la que no están diseñadas las bombas de engranajes sin juntas ni las bombas de vórtice. La pasta de cátodo (material activo más aglutinante de PVDF en NMP) y la pasta de ánodo (grafito con un aglutinante a base de agua de CMC y SBR) son pastas con alto contenido en sólidos, abrasivas, sensibles al cizallamiento y con un fuerte adelgazamiento por cizallamiento, con una viscosidad que varía en varios órdenes de magnitud a lo largo de la línea de producción. El trasvase a granel de la pasta desde el mezclador hasta la máquina de recubrimiento se realiza normalmente con bombas de cavidad progresiva (mono) o peristálticas, y la máquina de recubrimiento con boquilla ranurada requiere una alimentación sin pulsos. Ese equipo suele incluirse con la línea de recubrimiento.
Las bombas de engranajes magnéticas son la solución ideal para las tareas de dosificación con baja abrasión en la zona de la mezcladora —dosificación de soluciones de aglutinante de PVDF, dispersiones de aditivos conductores y otros fluidos de viscosidad baja a moderada— en una proporción controlada, sin pulsaciones y sin fugas. La Bomba de engranajes magnética micro MDC-M permite una dosificación precisa de pequeños volúmenes; el Bomba de engranajes magnética MDC-K aumenta el caudal. Para lodos abrasivos con alto contenido en sólidos, una bomba de desplazamiento positivo diseñada para sólidos es la opción adecuada, y nuestra Principio de funcionamiento y guía de selección de las bombas de desplazamiento positivo explica las ventajas y desventajas. El texto completo Serie de bombas de desplazamiento positivo abarca la gama de engranajes y paletas.
6. Control térmico de la línea de recubrimiento y del proceso
Una línea de producción utiliza circuitos de calor y frío en paralelo, y cada uno de ellos necesita una bomba de circulación limpia y sin fugas. La mezcla de suspensiones con alto cizallamiento genera calor, por lo que los mezcladores del cátodo y del ánodo están revestidos y se mantienen a temperatura con agua refrigerada o glicol. Las salas secas de baterías, mantenidas a un punto de rocío extremadamente bajo, funcionan con deshumidificadores desecantes respaldados por circuitos de refrigeración y de glicol. En el lado caliente, donde una línea calienta los rodillos de la calandra o suministra fluido caliente a las zonas de secado, circula agua caliente o aceite térmico.
Las bombas magnéticas de vórtice sin junta de estanqueidad permiten realizar tareas de circulación de agua caliente y fría sin que se produzcan fugas de refrigerante ni entre aire. Las Bomba magnética de vórtice de acero inoxidable MDW y Bomba de acero inoxidable con accionamiento magnético de vórtice MDH se encarga de la circulación de glicol refrigerado y de fluidos calientes —la bomba de la clase MDH es la que se utiliza en la línea alemana de recubrimiento de separadores mencionada anteriormente—. Cuando se trata de aceite térmico auténtico a alta temperatura, la Bomba de aceite térmico para altas temperaturas WRY-H está diseñado para ello. Para conocer el rango de control de temperatura más amplio, consulta nuestro soluciones de bombas para altas temperaturas y el Soluciones de bombas para pruebas de baterías de vehículos eléctricos que se utiliza en el ámbito de los ensayos celulares.
7. Compatibilidad de los materiales para las bombas destinadas a la química de las baterías
La elección de los materiales es lo que marca la diferencia entre una bomba que dura y otra que falla en cuestión de semanas. En esta tabla se resumen las opciones de materiales en contacto con el fluido y de elastómeros para los principales fluidos utilizados en la fabricación de baterías.
| Fluido | Riesgo principal | Material en contacto con el líquido | Junta tórica | Tipo de bomba |
| Electrolito LiPF₆ (disolventes de carbonato) | Corrosivo (HF), inflamable, sensible a la humedad | Revestidos de PTFE / PFA / ETFE, cojinetes de SiC | FFKM | Transmisión magnética sin juntas / engranaje magnético |
| Disolvente NMP | COV tóxicos, en auge en el sector de la recuperación | Revestido de PTFE/PFA, o de acero inoxidable 316L cuando está frío y seco | FFKM / FKM según la temperatura | Transmisión magnética / engranaje magnético |
| Ligante / aditivo de PVDF | Moderado, sensible al cizallamiento | 316L o revestido | FKM / FFKM | Engranaje magnético (dosificación) |
| Pasta de electrodos | De alto contenido en sólidos, abrasivo | Piezas en contacto con el fluido resistentes a la abrasión | — | De cavidad progresiva / peristáltico |
| Mezcla de glicol y agua refrigerada | Utilidad de limpieza | Acero de bajo contenido en carbono y de baja aleación | EPDM / FKM | Accionamiento magnético Vortex |
| Aceite térmico (rodillos/zonas calentadas) | Alta temperatura | Hierro fundido / acero, piezas para altas temperaturas | Alta temperatura | Bomba de aceite térmico |
El acero inoxidable 316L es adecuado para agua de servicio limpia, glicol y NMP seco y frío, pero no es un material apto para estar en contacto con el electrolito en caso de que se forme HF. Ese conducto debe estar revestido de fluoropolímero o ser de material no metálico, y punto.
8. Matriz de selección de bombas para la fabricación de baterías de litio
Si lo aplicamos a las estaciones de la planta de celdas, la elección de la bomba queda así:
| Estación | Fluido | Requisito fundamental | Bomba recomendada |
| Trasvase de electrolitos a granel (de bidón o IBC a depósito) | Electrolito de LiPF₆ | Inerte, sin juntas, hermético a la humedad | Accionamiento magnético AMC-F con revestimiento de PTFE |
| Suministro / dosificación de electrolitos a la máquina de llenado | Electrolito de LiPF₆ | Sin pulsaciones, preciso, sin fugas | Engranaje magnético MDC-M / MDC-K |
| Relleno final de la celda | Electrolito | Microdosis, vacío, ±0,5–1 % | Émbolo cerámico para máquina llenadora / peristáltico (línea OEM) |
| Transferencia y recuperación de NMP | Disolvente NMP | Sin fugas, apto para altas temperaturas | Accionamiento magnético AMC-L / AMC-F |
| Alimentación dosificada de NMP | Disolvente NMP | De frecuencia fija, sin pulsos | Engranaje magnético MDC-K |
| Dosificación de aglutinantes y aditivos | PVDF / aditivo | Precisión en caudales bajos y bajo esfuerzo de cizallamiento | Engranaje magnético MDC-M / MDC-K |
| Pasta de electrodos para la máquina de recubrimiento | Pasta de cátodo/ánodo | Alto contenido en sólidos, abrasivo, sin pulsos | De cavidad progresiva / peristáltico (línea OEM) |
| Camiseta de mezclador / refrigeración de sala seca | Mezcla de glicol y agua refrigerada | Circulación limpia y sin fugas | MDW magnético de vórtice |
| Rollo calefactado / bucle de la zona de secado | Fluido caliente / aceite térmico | Circulación a alta temperatura | MDH magnético de vórtice / WRY-H de aceite térmico |
| Refrigeración de formación y de servicio | Líquido refrigerante / agua limpios | Circulación continua | MDW / accionamiento magnético centrífugo |
9. Por qué las bombas magnéticas sin sellado y las bombas de engranajes son adecuadas para la fabricación de baterías
El denominador común de todas las aplicaciones químicas mencionadas anteriormente es el sello, o la ausencia del mismo. La fabricación de baterías es casi un caso de libro para las bombas sin sello, ya que reúne todas las razones para prescindir del sello mecánico:
● Sin fugas de disolventes inflamables — La ausencia de un sellado dinámico implica que no hay vías de fuga en una zona 1 o zona 2.
● Exclusión de la humedad — la misma envoltura de contención que retiene el electrolito impide la entrada de aire húmedo, protegiendo al LiPF₆ de la hidrólisis.
● Si no se enjuaga la junta, no hay contaminación — Una bomba sin juntas no necesita ninguna barrera ni líquido de lavado que pueda diluir o contaminar un electrolito o disolvente específico.
● Precisión en la dosificación — Las bombas magnéticas de engranajes proporcionan un caudal volumétrico constante y sin pulsaciones para la dosificación de aglutinantes, aditivos y electrolitos.
● Larga vida útil en entornos limpios — Al no tener que llevar ninguna junta, se reducen las intervenciones en las zonas de sala limpia y sala seca, donde el acceso está restringido.
En una línea de producción de baterías de litio, las bombas de accionamiento magnético sin juntas se encargan de las tareas de trasvase de productos corrosivos e inflamables, las bombas de engranajes magnéticos se encargan de la dosificación, y las bombas magnéticas de vórtice se encargan de la circulación de agua caliente y fría. Se trata de una única plataforma sin juntas que abarca las estaciones química, de dosificación y térmica de la planta.
10. Gama de bombas con batería de litio de Aulank
Suministramos bombas sin sellado para los sectores de las energías alternativas y la fabricación de baterías, adaptadas a cada estación:
● Bomba de accionamiento magnético AMC-F con revestimiento de PTFE — revestimiento de fluoropolímero, transferencia sin juntas de electrolito y disolvente NMP.
● Bomba de accionamiento magnético para procesos químicos AMC-L — Accionamiento magnético para procesos químicos destinado al transporte de disolventes y sustancias corrosivas.
● Bomba de engranajes magnética micro MDC-M / Bomba de engranajes magnética MDC-K / Bomba magnética de engranajes MDC-X de tamaño mediano a grande — Dosificación y transferencia sin pulsos de electrolitos, aglutinantes y aditivos, desde microcaudales hasta caudales medios y grandes.
● Bomba magnética de vórtice de acero inoxidable MDW / Bomba de acero inoxidable con accionamiento magnético de vórtice MDH — Circulación limpia de agua caliente y fría para la refrigeración de mezcladores, glicol para salas blancas y circuitos de fluido calentado.
● Bomba de aceite térmico para altas temperaturas WRY-H — circulación de aceite térmico para los rodillos calefactados y las zonas de secado.
Cada bomba se fabrica y se somete a pruebas siguiendo un proceso de calidad documentado: la norma ISO 9001, la certificación TÜV CE para las bombas de vórtice con accionamiento magnético, registros de pruebas de parámetros individuales y más de 50 patentes sobre el accionamiento síncrono de imanes permanentes y el sistema hidráulico de vórtice blindado. Los motores a medida, que incluyen voltajes y frecuencias especiales, así como las clasificaciones Ex que requiere una línea de baterías, se configuran en función de la aplicación. Hemos suministrado a clientes del sector de las baterías y las energías renovables en China, Alemania y Asia. Envíenos sus requisitos en cuanto a fluido, concentración, caudal, precisión y clasificación de zona, y le remitiremos una propuesta con las especificaciones de los materiales y los presupuestos en un plazo de dos días laborables.
Explora el Serie de bombas para productos químicos, Serie de bombas de desplazamiento positivo, y Serie de bombas Vortex, o lee nuestro Guía de selección de bombas de accionamiento magnético y Comparación entre la bomba de engranajes magnética y la bomba de vórtice magnética.
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Tanto si gestionas una línea de producción de celdas en una gigafábrica, como si fabricas sistemas de recubrimiento y llenado de electrolitos como fabricante de equipos originales (OEM), o si gestionas una línea piloto y de I+D, nuestro equipo de ingeniería puede seleccionar la bomba magnética sin juntas, la bomba de engranajes magnéticos o la bomba magnética de vórtice más adecuada para cada estación de manejo de fluidos de tu planta.
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