O eletrólito das baterias é um dos fluidos mais exigentes na indústria moderna. Um eletrólito típico de iões de lítio é o hexafluorofosfato de lítio (LiPF₆) dissolvido numa mistura de solventes carbonatos orgânicos — carbonato de etileno, carbonato de dimetilo, carbonato de etilmetilo e carbonato de dietilo. Essa mistura é inflamável, volátil e quimicamente agressiva. Pior ainda, é intolerante à água: o LiPF₆ permanece estável num ambiente seco e inerte até cerca de 107 °C, mas ao entrar em contacto com mesmo vestígios de humidade decompõe-se em fluoreto de lítio e pentafluoreto de fósforo, e o PF₂ reage então com a água para formar ácido fluorídrico. O eletrólito de qualidade para baterias é especificado com menos de 15 ppm de água e menos de 50 ppm de HF por uma razão. Uma bomba que deixa escapar vapor, permite a entrada de humidade ou liberta iões metálicos para o fluido não se limita a desgastar-se — pode destruir o eletrólito e as células fabricadas a partir dele.
É por isso que o manuseamento de eletrólitos tem vindo a recorrer a bombas sem vedação com peças em contacto com o fluido em fluoropolímero. Há mais de uma década que fornecemos bombas de acionamento magnético e com motor encapsulado a fábricas de materiais para baterias e a linhas de produção de células. Este guia aborda como selecionar bombas para as principais tarefas de manuseamento de eletrólitos — transferência a granel, recirculação, enchimento preciso de células e dosagem de solventes e aditivos —, tendo em conta os requisitos de controlo de humidade, contenção de fugas e compatibilidade de materiais que diferenciam o manuseamento de eletrólitos da transferência química comum. Trata-se de um complemento específico ao nosso mais abrangente Guia de seleção de bombas para a produção de baterias de lítio, que abrange toda a linha de produção, desde a pasta até à formação.
1. As estações de manuseamento de eletrólitos numa fábrica de baterias
O eletrólito passa por várias estações distintas entre o tanque de solvente bruto e a célula selada. Cada uma delas tem requisitos diferentes em termos de caudal, precisão e contenção:
● Transferência a granel de solventes e eletrólitos — transferência de solventes carbonáticos e eletrólitos misturados de tambores, IBCs e tanques de granel para tanques de armazenamento diário e recipientes de mistura.
● Mistura e recirculação de eletrólitos — misturar sal e solventes até se atingir a formulação pretendida e fazer circular o produto através de um sistema de filtração para atingir os níveis de pureza pretendidos.
● Enchimento preciso de células — injetar uma dose calibrada de eletrólito em cada célula, geralmente sob vácuo, com elevada precisão volumétrica.
● Dosagem de aditivos e sal — dosagem de aditivos filmogênicos e concentrados na mistura em proporções controladas.
● Recuperação de solventes e tratamento de resíduos — capturar os vapores de solventes voláteis e encaminhar o eletrólito usado ou fora das especificações para recuperação ou eliminação.
Existem quatro restrições comuns a todas elas: ausência total de fugas de fluidos inflamáveis ou tóxicos; ausência total de entrada de humidade num fluido que produza HF quando entra em contacto com a água; ausência de contaminação por iões metálicos ou partículas num líquido de qualidade adequada para baterias; e compatibilidade dos materiais com solventes carbonatos que possam fazer inchar ou dissolver os polímeros inadequados. Estes quatro pontos determinam praticamente todas as escolhas de bombas na linha.
2. O problema da humidade: por que razão a arquitetura sem vedação é imprescindível
O único fator determinante na escolha da bomba de eletrólito é a reação do LiPF₆ com a água. Num ambiente seco e inerte, o sal é estável. Quando exposta à humidade, ocorre hidrólise — o LiPF₂ decompõe-se em LiF e PF₂, e o PF₂ reage com a água para libertar HF. O HF é extremamente tóxico, corrói o equipamento e ataca a célula internamente. Por isso, o eletrólito é misturado, transferido e enchido em salas secas ou sob gás inerte, e cada peça de equipamento no percurso tem de impedir a entrada de humidade e reter o vapor.
Uma bomba com vedação mecânica não consegue fazer isto. A sua vedação dinâmica funciona nos dois sentidos: os vapores de solventes inflamáveis escapam para o exterior e a humidade atmosférica penetra para o interior, especialmente à medida que a vedação se desgasta. Nenhuma destas situações é aceitável no caso de eletrólitos. As bombas sem vedação resolvem ambos os problemas de uma só vez:
● Bombas de acionamento magnético. Um acoplamento magnético aciona o impulsor através de uma carcaça de contenção selada, pelo que não existe qualquer penetração do eixo. O fluido fica atrás das vedações estáticas e da carcaça — sem vedações dinâmicas, sem vias de fuga de vapor, sem vias de entrada de humidade. Para mais detalhes técnicos, consulte o nosso Guia de seleção de bombas industriais com acionamento magnético.
● Bombas com motor encapsulado. O rotor funciona no interior de uma caixa selada, integrada com a extremidade em contacto com o fluido, eliminando até mesmo o espaço do entreferro de uma unidade de acionamento magnético. Para utilização contínua com solventes e eletrólitos, esta é a opção de contenção mais hermética. As três abordagens estruturais são comparadas no nosso Guia sobre a tecnologia das bombas com motor encapsulado.
Em ambos os casos, o resultado é o mesmo: um percurso de fluxo hermético. Esse é o requisito básico para o eletrólito, não uma melhoria. A lógica mais ampla de contenção de fugas está descrita no nosso Página de soluções de bombas à prova de fugas.
3. Compatibilidade de materiais: peças em contacto com o fluido em fluoropolímero e vedantes em FFKM
Acertar na escolha do recipiente é metade do trabalho. A outra metade diz respeito ao material em contacto com o líquido, e o eletrólito é muito exigente nesse aspeto. Os solventes carbonatos fazem inchar ou dissolvem muitos polímeros comuns, e as superfícies metálicas contaminam o fluido e sofrem corrosão devido ao HF que se forma. Um mapa prático de compatibilidade:
| Componente | Escolha correta | Evite | Motivo |
| Caixa / impulsor em contacto com o líquido | Revestimento em fluoropolímero PFA ou ETFE | Aço inoxidável e a maioria dos metais | Os iões metálicos contaminam o líquido para baterias; o HF ataca o metal |
| Juntas estáticas / O-rings | FFKM (perfluoroelastómero) | Padrão FKM / Viton | O FKM incha em solventes carbonáticos e perde a sua capacidade de vedação |
| Rolamentos | Carboneto de silício | Carbono/metal em algumas classes | Quimicamente inerte, resistente à abrasão, tolerante ao funcionamento a seco |
| Câmara de contenção | Revestido com fluoropolímero ou cerâmica | Metal nu | Barreira inerte sem lixiviação |
O ponto relativo ao FFKM costuma apanhar as pessoas de surpresa. Uma bomba que, em todos os outros aspetos, está correta — sem vedantes, revestida a fluoropolímero — pode mesmo assim falhar se os seus anéis de vedação forem de FKM padrão, porque os solventes de carbonato fazem o FKM inchar até que o vedante deixe de vedar. O perfluoroelastómero (FFKM) é a especificação padrão para aplicações com solventes carbonáticos. Vale a pena confirmar na ficha técnica em vez de partir de suposições. A nossa Bomba de acionamento magnético AMC-F com revestimento em PTFE é construído com peças em contacto com o fluido totalmente em fluoropolímero e é a unidade que mais frequentemente configuramos para a transferência de eletrólitos e solventes carbonáticos. A estrutura geral dos materiais encontra-se no nosso página de soluções de bombas resistentes à corrosão.
4. Transferência em massa e recirculação
A transferência a granel transporta solventes carbonáticos e eletrólito misto do armazém para os tanques de reserva e os recipientes de mistura; a recirculação mistura e filtra o eletrólito até atingir a pureza desejada. Ambas são operações em regime contínuo, nas quais a eficiência e a contenção são mais importantes do que a medição precisa. Três pontos a especificar:
● Eficiência em funcionamento contínuo. Estas bombas funcionam durante longos períodos, pelo que uma bomba sem vedantes acionada eletricamente é mais económica do que uma acionada a ar, tendo em conta o tempo de funcionamento. Uma bomba de acionamento magnético ou com motor encapsulado é adequada para esta aplicação e mantém o percurso do fluxo hermético.
● Classificação de zona inflamável. Os solventes carbonáticos são inflamáveis, pelo que as áreas de transferência são zonas classificadas. O motor da bomba deve possuir a classificação de proteção contra explosões adequada para o grupo de gases de solventes e a classe de temperatura.
● Baixa pulsação para uma filtração estável. A recirculação através de filtros finos funciona melhor com um caudal constante. O sistema hidráulico de vórtice com turbina regenerativa proporciona uma saída com baixas pulsações, adequada para circuitos de filtração.
Para a transferência em grande volume e a recirculação, o Bomba de acionamento magnético AMC-F com revestimento de PTFE abrange aplicações com eletrólitos em contacto com fluoropolímeros e para utilização contínua com solventes de alta pureza, em que até mesmo o percurso estático de um O-ring é indesejável, o Série de bombas de vórtice em caixa PWH/PWD/PWM apresenta a alternativa do motor pré-montado. Para uma preparação com solventes de menor agressividade, compatível com aço inoxidável, o Bomba magnética de vórtice em aço inoxidável MDW é uma opção mais económica, embora o fluoropolímero seja a escolha padrão mais segura quando o LiPF₆ está presente no fluido.
5. Enchimento preciso de células: dosagem controlada sob vácuo
O enchimento das células é a tarefa mais crítica em termos de precisão no manuseamento do eletrólito. Cada célula recebe uma dose precisa de eletrólito, normalmente injetada sob vácuo, para que o líquido molhe totalmente a pilha de elétrodos e o separador, sem deixar gás retido. O enchimento insuficiente priva a célula de eletrólito e reduz a vida útil; o enchimento excessivo desperdiça eletrólito dispendioso e pode causar fugas ou ventilação. Trata-se de um domínio de deslocamento positivo, onde o volume por curso é repetível independentemente da contrapressão. Três requisitos:
● Precisão volumétrica. As tolerâncias de enchimento são rigorosas — doses inferiores a um mililitro mantidas dentro de um intervalo de aproximadamente ±1 % ou melhor. As bombas de engrenagens com acionamento magnético proporcionam o débito repetível de pequenos volumes necessário para este fim, sem juntas que possam causar fugas de eletrólito.
● Compatibilidade com o vácuo. O enchimento sob vácuo significa que a bomba e as tubagens estão sujeitas a uma pressão inferior à atmosférica no lado da célula. A bomba tem de dosear com precisão nessas condições de pressão, sem perder a ventilação inicial nem aspirar ar.
● Baixo cisalhamento e ausência de volume morto. A geometria interna suave, com um volume morto mínimo, garante a precisão do enchimento e torna a troca e a purga mais limpas entre lotes.
Para o enchimento de células com medição e a dosagem de aditivos, o nosso Bomba de engrenagens magnética micro-mini MDC-M permite a dosagem precisa de pequenos volumes, e o Bomba de engrenagens magnética MDC-K abrange a transferência dosada de alto caudal. A arquitetura de engrenagens de acionamento magnético proporciona a repetibilidade volumétrica necessária para o enchimento, mantendo simultaneamente o percurso do fluxo vedado. Para mais informações sobre o princípio do deslocamento positivo, consulte o nosso Princípio de funcionamento e guia de seleção da bomba de deslocamento positivo.
6. O processo adjacente: NMP e transferência de solvente da pasta de elétrodos
O eletrólito não é o único fluido agressivo numa fábrica de pilhas. A montante, o revestimento dos elétrodos utiliza N-metil-2-pirrolidona (NMP) como solvente para dissolver o aglutinante de PVDF na pasta do cátodo. O NMP é agressivo, a pasta que transporta é viscosa e abrasiva, e aplica-se a mesma lógica de contenção. As fábricas especificam frequentemente a disciplina de bombagem do lado do eletrólito também para o lado do NMP, pelo que vale a pena abordar este assunto aqui:
● Transferência e recuperação de NMP. O NMP é recuperado e reciclado após ser evaporado nos fornos de revestimento, o que constitui uma operação de transferência contínua de um solvente agressivo. As bombas sem vedantes revestidas com fluoropolímero são adequadas para esta aplicação pelas mesmas razões pelas quais são adequadas para eletrólitos — inércia química e um percurso de fluxo hermético.
● Manuseamento da pasta catódica. A pasta catódica de PVDF em NMP é viscosa, abrasiva e sensível ao cisalhamento. Requer uma transferência suave, com baixo cisalhamento e baixa pulsação, que preserve a reologia da pasta e evite a segregação de partículas, com peças em contacto com o fluido resistentes à abrasão. Esta é uma classe de bombas diferente da transferência de eletrólitos, e o quadro de viscosidade é abordado no nosso Guia de seleção para o bombeamento de fluidos de alta viscosidade.
O que importa para um comprador de instalações é que o NMP e o eletrólito têm em comum a exigência de serem bombados sem vedação e com revestimento de fluoropolímero; assim, a adoção de um padrão de bombagem uniforme para ambos reduz a complexidade na gestão de peças sobressalentes. Toda a linha, desde os elétrodos até à formação, é abordada no nosso Guia de seleção de bombas para a produção de baterias de lítio.
7. Práticas operacionais: salas secas, purga e integração de sistemas
A escolha da bomba adequada é necessária, mas não suficiente. A manutenção de eletrólitos envolve alguns aspetos práticos que determinam se uma bomba corretamente especificada funciona de facto:
● Integração de câmara seca e gás inerte. A mistura, a transferência e o enchimento ocorrem em salas secas com um ponto de orvalho muito baixo ou sob gás inerte. A bomba e as suas ligações não devem constituir um ponto de entrada de humidade. A construção sem juntas ajuda, mas os acessórios, as juntas e quaisquer portas de instrumentos também têm de manter o ambiente seco.
● Purga e troca. As tubagens e as bombas são purgadas com gás inerte seco ou um solvente compatível entre lotes. Uma geometria interna lisa com um volume morto mínimo permite uma purga eficaz; as cavidades internas complexas retêm eletrólito residual que pode hidrolisar-se e formar HF posteriormente.
● Tolerância de simulação. Durante a troca de produto e a limpeza da linha, uma bomba pode funcionar brevemente com pouco ou nenhum líquido. Os rolamentos de carboneto de silício toleram melhor o funcionamento a seco de curta duração do que os rolamentos de carbono ou de metal, o que protege a bomba durante estas transições.
● Aterramento e controlo de electricidade estática. Os solventes de carbonato são inflamáveis, pelo que o controlo da eletricidade estática e a ligação adequada à terra da bomba e da tubagem fazem parte da instalação, a par da classificação de proteção contra explosões do motor.
Estes aspetos situam-se ao nível do sistema, e esclarecê-los na fase de seleção evita a situação comum em que uma bomba corretamente escolhida apresenta um desempenho inferior ao esperado porque a integração do sistema circundante não foi especificada.
8. Matriz de seleção de bombas para o manuseamento de eletrólitos
A tabela abaixo resume as nossas recomendações habituais para as estações de tratamento de eletrólitos. Trata-se de pontos de partida; a formulação real do eletrólito, o caudal e a meta de precisão devem sempre ser validados em relação ao processo real:
| Estação | Fluido | Requisito fundamental | Bomba recomendada |
| Transferência a granel de solventes carbonáticos | CE/DMC/EMC/DEC | Zona inflamável, hermética | AMC-F com acionamento magnético revestido a PTFE |
| Transferência mista de eletrólitos | LiPF₆ em carbonatos | Sem humidade, sem fugas | AMC-F com acionamento magnético revestido a PTFE |
| Recirculação/filtração de eletrólitos | Eletrólito misto | Baixa pulsação, contínuo | Vórtice em lata AMC-F ou PWH |
| Recuperação contínua de solventes / COV | Solvente recuperado | Contenção máxima | Vórtice em lata PWH/PWD/PWM |
| Enchimento preciso de células | Eletrólito misto | Precisão volumétrica sob vácuo | Engrenagem magnética micro MDC-M |
| Dosagem de aditivos / sal | Concentrado de aditivos | Medir, repetível | Engrenagem magnética MDC-M ou MDC-K |
| Fase de solvente (pré-sal) | Solvente de carbonato | Transferência a um custo mais baixo | MDW 316L vortex (Motor Ex) |
Uma única linha utiliza vários destes modelos. As bombas de acionamento magnético revestidas a fluoropolímero cobrem as tarefas de manuseamento a granel e transferência, as bombas com motor encapsulado destinam-se às aplicações que exigem a máxima contenção contínua e as bombas de engrenagens magnéticas tratam da dosagem e do enchimento. Todas elas partilham o percurso de fluxo hermético e sem vedantes que o eletrólito exige.
9. Gama de bombas de eletrólitos da Aulank
Há mais de 17 anos que fornecemos bombas sem vedantes a fabricantes de materiais para baterias e a linhas de produção de células na China, Coreia do Sul, Índia e Europa. O portfólio que normalmente recomendamos para o manuseamento de eletrólitos:
● Bomba de acionamento magnético AMC-F com revestimento em PTFE — a unidade central de transferência de eletrólitos e carbonatos, com todas as peças em contacto com o fluido em fluoropolímero, compartimento hermético com acionamento magnético e opções de vedantes em FFKM para aplicações com carbonatos.
● Série de bombas de vórtice em caixa PWH/PWD/PWM — variante com motor encapsulado para a recuperação contínua de solventes e aplicações que exigem a máxima contenção.
● Bomba de engrenagens magnética micro-mini MDC-M e Bomba de engrenagens magnética MDC-K — enchimento preciso de células, dosagem de aditivos e transferência calibrada com repetibilidade volumétrica e um percurso de fluxo selado.
● Bomba magnética de vórtice em aço inoxidável MDW — opção 316L de baixo custo para o tratamento de solventes pré-sal, compatível com aço inoxidável, com opções de motores à prova de explosão.
O que um fabricante de materiais para baterias ou de células recebe especificamente da nossa parte:
● Peças em contacto com o fluido em fluoropolímero e vedantes em FFKM como padrão para aplicações com solventes carbonáticos e eletrólitos de LiPF₆, conforme confirmado na ficha técnica.
● Construção hermética sem vedação em todas as famílias de motores de acionamento magnético e de motor encapsulado, garantindo a ausência total de fugas de vapor e de penetração de humidade.
● Opções de motores à prova de explosão de acordo com o grupo de gás-solvente de carbonato e a classe de temperatura para as zonas classificadas.
● Rolamentos de carboneto de silício devido à sua inércia química e à tolerância ao funcionamento a seco durante a troca e a purga.
● Controlo de qualidade documentado — Certificação ISO 9001, certificação TÜV CE para bombas de vórtice com acionamento magnético, registos de ensaios de parâmetros individuais e mais de 50 patentes relativas à estrutura de acionamento síncrono com ímanes permanentes e ao sistema hidráulico de vórtice blindado.
Se estiver à procura de bombas para uma unidade de mistura de eletrólitos, uma linha de enchimento de células ou uma instalação de materiais para baterias, envie-nos a sua formulação de eletrólito, caudal, meta de precisão e classificação da zona, e nós responderemos com uma configuração recomendada, incluindo especificações dos materiais e orçamentos, no prazo de dois dias úteis.
Obtenha uma configuração personalizada da bomba de eletrólitos
Quer seja um fabricante de equipamento de enchimento de células e mistura de eletrólitos (OEM), opere uma linha de produção de células numa gigafábrica ou produza eletrólitos e solventes para baterias, a nossa equipa de engenharia pode indicar a bomba de acionamento magnético sem vedação, com motor encapsulado ou de engrenagens magnéticas mais adequada para cada estação de manuseamento de eletrólitos do seu processo.
Fale com a nossa equipa: Contacte a Aulank | WhatsApp: +86 13773157367 | E-mail: info@aulankpump.com
Consulte as páginas de produtos e soluções relevantes:
● Série de Bombas de Deslocamento Positivo