Uma fábrica de células de baterias de lítio funciona com fluidos. A pasta é misturada e revestida, o solvente é seco e recuperado, o eletrólito é dosado nas células acabadas e os circuitos de refrigeração e aquecimento mantêm cada etapa à temperatura adequada. A maioria desses fluidos é corrosiva, inflamável, tóxica ou tão sensível à humidade que um vestígio de água estraga a célula. As bombas que os movimentam não são um pormenor secundário. Escolher a bomba errada pode resultar em fugas nas vedações numa área com solventes inflamáveis, na entrada de água que hidrolisa o eletrólito ou num revestimento contaminado que inutiliza um rolo de elétrodos. Este guia aborda as funções das bombas na produção de baterias de lítio, onde é o fluido, e não o caudal, que determina a escolha da bomba.
Há anos que fabricamos bombas de acionamento magnético sem vedantes e bombas de engrenagens magnéticas para clientes do setor das novas energias, incluindo aplicações de manuseamento de eletrólitos e solventes e circulação em linhas de revestimento. Um exemplo: uma linha alemã de revestimento de separadores para baterias de lítio utiliza as nossas bombas magnéticas de vórtice MDH com motores personalizados. A seguir, percorremos o processo de fabrico de células, estação a estação — eletrólito, solvente NMP e o seu circuito de recuperação, dosagem de ligantes e aditivos, e controlo térmico da linha de revestimento —, com os requisitos relativos aos materiais, estanqueidade e dosagem que distinguem o funcionamento das bombas para a química das baterias da transferência comum. Sempre que uma aplicação se situa fora do âmbito das bombas sem vedante — sendo a pasta abrasiva de elétrodos o principal exemplo —, indicamo-lo claramente.
1. As funções das bombas numa fábrica de células de baterias de lítio
Deixemos de lado a água de uso geral, que é tratada por bombas centrífugas convencionais. A parte de manuseamento de fluidos de uma unidade de células divide-se nas seguintes funções de bombagem, cada uma com um meio diferente e requisitos de precisão distintos:
● Transferência de pasta e alimentação do revestidor — transporte da pasta do cátodo (à base de NMP) e do ânodo (à base de água) dos misturadores para a matriz de revestimento. Com elevado teor de sólidos, abrasiva e sensível ao cisalhamento.
● Dosagem de ligantes e aditivos — dosagem da solução de ligante de PVDF e das dispersões de aditivos condutores na mistura, numa proporção controlada.
● Transferência e recuperação do solvente NMP — alimentar o processo de revestimento e bombear o solvente recuperado, através do circuito de condensação e destilação, de volta para a mistura.
● Transferência e dosagem de eletrólitos — transferência do eletrólito LiPF₆ de tambores e IBCs para tanques de armazenamento diário e alimentação das máquinas de enchimento, sem fugas e à prova de humidade.
● Controlo térmico da linha de revestimento e do processo — fazendo circular glicol refrigerado para os misturadores com camisa de arrefecimento e as salas de secagem, e fluido quente ou óleo térmico para os rolos aquecidos e as zonas de secagem.
● Formação e refrigeração de utilidades — circulação de fluido limpo para a formação, o envelhecimento e o arrefecimento geral do processo.
Existem quatro requisitos comuns a todas as funções químicas: compatibilidade dos materiais com o eletrólito formador de HF e com solventes agressivos, estanqueidade absoluta em áreas com solventes inflamáveis, exclusão da humidade atmosférica do percurso do eletrólito e precisão de dosagem que mantenha o ponto de regulação do revestimento ou do enchimento. A pasta de elétrodo abrasiva constitui um problema à parte, resolvido com bombas de cavidade progressiva ou peristálticas. As funções relacionadas com o eletrólito, o solvente, a dosagem e o controlo térmico são aquelas em que as bombas de acionamento magnético sem vedantes e as bombas de engrenagens magnéticas são a ferramenta adequada, e é nisso que este guia se centra.
2. Eletrólito: Por que é necessária uma bomba estanque à humidade e sem vedantes
O eletrólito de iões de lítio é um sal de lítio — quase sempre LiPF₆ — dissolvido numa mistura de solventes carbonáticos orgânicos, tais como EC, DMC e EMC. É corrosivo, inflamável e extremamente sensível à humidade. O LiPF₆ reage mesmo com vestígios de água através de uma cadeia de hidrólise que culmina no ácido fluorídrico (HF), o qual ataca metais, vidro e a maioria dos materiais das bombas, ao mesmo tempo que degrada a composição química da célula. Por isso, uma bomba de eletrólito tem de desempenhar duas funções ao mesmo tempo: manter o eletrólito no interior e impedir a entrada de ar húmido.
Isso exclui uma bomba com vedação mecânica ou com gaxeta. Uma vedação constitui simultaneamente uma via de fuga para os vapores de solventes inflamáveis e uma via de entrada para a humidade. Uma bomba de acionamento magnético sem vedação elimina ambas as possibilidades: o binário atravessa uma estrutura de contenção estática através de um acoplamento magnético, pelo que não existe qualquer vedação dinâmica. As peças em contacto com o fluido têm de ser não metálicas ou revestidas com fluoropolímeros — PTFE, PFA ou ETFE — e funcionar com rolamentos de carboneto de silício, uma vez que qualquer peça metálica em contacto com o fluido sofre corrosão assim que se forma HF. Há um pormenor que apanha as instalações de surpresa: os elastómeros. Os solventes de carbonato fazem inchar os anéis em O de FKM (Viton) padrão até que percam a sua capacidade de vedação, pelo que o FFKM (perfluoroelastómero) é a especificação padrão para aplicações com eletrólitos.
A mistura de solventes é inflamável, pelo que as áreas das bombas de eletrólito e de solventes são normalmente classificadas como Zona 1 ou Zona 2 segundo as normas ATEX ou IECEx. O motor necessita de uma classificação Ex adequada à classificação da área — verifique-a em relação ao plano de áreas perigosas da fábrica antes de efetuar a compra. O nosso Bomba de acionamento magnético AMC-F com revestimento em PTFE é a construção sem juntas, revestida a fluoropolímero, que esta aplicação exige, e combina com o nosso Soluções de bombas à prova de fugas e Soluções de bombas resistentes à corrosão para ter uma visão mais abrangente do manuseamento de substâncias corrosivas.
3. Transferência, dosagem e enchimento de eletrólitos
Existem três funções distintas das bombas de eletrólito, e nem todas utilizam a mesma bomba. A transferência a granel transporta o eletrólito de tambores de distribuição ou IBCs para tanques diários e reservatórios tampão — uma operação contínua, sem fugas e à prova de humidade. A alimentação dosada fornece eletrólito ao reservatório tampão da máquina de enchimento a um caudal controlado. A dosagem final em cada célula — microlitros para uma célula tipo moeda, gramas para uma célula tipo bolsa ou prismática, normalmente aspirada sob vácuo — é efetuada pelo próprio cabeçote de dosagem de precisão da máquina de enchimento, tipicamente um êmbolo cerâmico ou uma unidade peristáltica concebida para uma precisão de ±0,5–1% por dose única. Essa cabeça de microdosagem faz parte do equipamento de enchimento. A bomba que especifica separadamente é a que transfere e alimenta o eletrólito para a mesma.
Para a transferência de tambores ou IBC para tanques e a alimentação de tanques para máquinas, uma bomba de engrenagens magnética sem vedantes proporciona um caudal volumétrico suave, repetível e sem pulsações, sem vedantes que possam apresentar fugas ou permitir a entrada de humidade. A Bomba de engrenagens magnética micro MDC-M é adequado para a dosagem de eletrólitos e aditivos em pequenos volumes; o Bomba de engrenagens magnética MDC-K e o Bomba magnética de engrenagens MDC-X de tamanho médio a grande suportar taxas de transferência mais elevadas. Para transferências em maior escala, sem fugas, diretamente a partir do armazenamento a granel, o Bomba de acionamento magnético AMC-F com revestimento em PTFE mantém todo o percurso inerte e isolado, desde o tambor até ao tanque de armazenamento diário.
4. Solvente NMP: Bombas de manuseamento e recuperação
O NMP (N-metil-2-pirrolidona) é o solvente que dissolve o aglutinante de PVDF na pasta do cátodo. É um produto caro, um COV sujeito a regulamentação e uma toxina reprodutiva; por isso, uma linha de revestimento moderna toma duas medidas em relação a ele: manuseia-o sem fugas e recupera-o. O NMP ferve a cerca de 203 °C e é totalmente miscível com a água, e ambos os factos determinam o processo de recuperação e a escolha da bomba.
Durante a secagem dos elétrodos, os gases de escape do forno de revestimento transportam vapor de NMP. Um sistema de condensação a frio recupera cerca de 90–95 % desse vapor na forma líquida; o gás residual saturado passa por um concentrador de rotor de zeólito ou carvão ativado e, frequentemente, por um oxidante térmico regenerativo para garantir a conformidade final com os limites de COV. O NMP recuperado é então destilado, tirando partido do seu elevado ponto de ebulição e da sua miscibilidade com a água, e devolvido à mistura da pasta. Esse circuito envolve várias funções das bombas: transferência do condensado recuperado, alimentação e refluxo da coluna de destilação e devolução do NMP purificado à sala de mistura, parte do qual ainda está quente.
As bombas sem vedação são adequadas para todas estas aplicações. Para serviços de transferência e recuperação de NMP, a Bomba de acionamento magnético para processos químicos AMC-L e Bomba de acionamento magnético AMC-F com revestimento em PTFE garantir um manuseamento do solvente sem fugas e um Bomba de engrenagens magnética MDC-K proporciona um fornecimento dosado e sem pulsos nos casos em que é necessária uma taxa de alimentação fixa. A destilação a quente está ao alcance do modelo com acionamento magnético, desde que tenha a classificação de temperatura adequada. Há também uma vertente regulamentar a considerar: as normas relativas aos fluoropolímeros e aos PFAS estão a tornar-se mais rigorosas, e a nossa nota sobre Regulamentação relativa aos PFAS e requisitos para as bombas de produtos químicos aborda o que isso implica para a especificação das bombas revestidas.
5. Dosagem do ligante e dos aditivos da pasta
A pasta de elétrodos é, por si só, a única tarefa na fábrica de células para a qual as bombas de engrenagens sem vedação e as bombas de vórtice não foram concebidas. A pasta de cátodo (material ativo mais ligante PVDF em NMP) e a pasta de ânodo (grafite com um ligante à base de água composto por CMC e SBR) são pastas com elevado teor de sólidos, abrasivas, sensíveis ao cisalhamento e com forte diluição por cisalhamento, apresentando uma viscosidade que varia em ordens de magnitude ao longo da linha de produção. A transferência da pasta a granel do misturador para o revestidor é normalmente realizada por bombas de cavidade progressiva (mono) ou peristálticas, e o revestidor de matriz em fenda necessita de uma alimentação sem pulsos. Esse equipamento é normalmente fornecido juntamente com a linha de revestimento.
As bombas de engrenagens magnéticas são a solução ideal para as tarefas de dosagem com baixa abrasão na zona do misturador — dosagem de solução de ligante PVDF, dispersões de aditivos condutores e outros fluidos de viscosidade baixa a moderada, numa proporção controlada, sem pulsações e sem fugas. A Bomba de engrenagens magnética micro MDC-M permite a dosagem precisa de pequenos volumes; o Bomba de engrenagens magnética MDC-K aumenta o caudal. Para lamas abrasivas com elevado teor de sólidos, uma bomba de deslocamento positivo concebida para sólidos é a escolha certa, e a nossa Princípio de funcionamento e guia de seleção da bomba de deslocamento positivo explica as vantagens e desvantagens. O texto completo Série de Bombas de Deslocamento Positivo abrange a gama de engrenagens e palhetas.
6. Controlo térmico da linha de revestimento e do processo
Uma linha de produção opera com circuitos quentes e frios em paralelo, e cada um deles necessita de uma bomba de circulação limpa e sem fugas. A mistura de suspensões com elevado cisalhamento gera calor, pelo que os misturadores do cátodo e do ânodo são encamisados e mantidos à temperatura adequada com água refrigerada ou glicol. As salas secas das baterias, mantidas a um ponto de orvalho extremamente baixo, utilizam desumidificadores dessecantes apoiados por circuitos de refrigeração e de glicol. No lado quente, onde uma linha aquece os seus rolos de calandra ou fornece fluido quente às zonas de secagem, circula água quente ou óleo térmico.
As bombas magnéticas de vórtice sem vedante asseguram a circulação de água quente e fria sem vedantes, evitando fugas de líquido de arrefecimento ou a entrada de ar. As Bomba magnética de vórtice em aço inoxidável MDW e Bomba de acionamento magnético de vórtice em aço inoxidável MDH lida com a circulação de glicol refrigerado e de fluido quente — a bomba da classe MDH é a que está a funcionar na linha alemã de revestimento de separadores referida anteriormente. Nos casos em que o fluido utilizado é óleo térmico genuíno a alta temperatura, a Bomba de óleo térmico para altas temperaturas WRY-H foi concebido para isso. Para uma gama mais ampla de controlo de temperatura, consulte o nosso soluções de bombas para altas temperaturas e o Soluções de bombas para testes de baterias de veículos elétricos utilizado na área dos ensaios celulares.
7. Compatibilidade dos materiais para bombas destinadas à química das baterias
A escolha dos materiais é o fator que distingue uma bomba duradoura de uma que avaria ao fim de algumas semanas. Esta tabela resume as opções de materiais em contacto com o fluido e de elastómeros para os principais fluidos utilizados no fabrico de baterias.
| Fluido | Risco principal | Material em contacto com o líquido | O-ring | Tipo de bomba |
| Eletrólito LiPF₆ (solventes de carbonato) | Corrosivo (HF), inflamável, sensível à humidade | Revestidos a PTFE / PFA / ETFE, rolamentos de SiC | FFKM | Transmissão magnética sem vedantes / engrenagem magnética |
| Solvente NMP | COV tóxicos, em alta na recuperação | Revestido a PTFE/PFA ou em aço inoxidável 316L quando está frio e seco | FFKM / FKM em função da temperatura | Transmissão magnética / engrenagem magnética |
| Ligante / aditivo de PVDF | Moderado, sensível ao cisalhamento | 316L ou revestido | FKM / FFKM | Engrenagem magnética (dosagem) |
| Pasta de elétrodos | De elevado teor de sólidos, abrasivo | Peças em contacto com o fluido resistentes à abrasão | — | De cavidade progressiva / peristáltico |
| Mistura de glicol e água refrigerada | Utilitário de limpeza | Aço inoxidável com baixo teor de carbono | EPDM / FKM | Transmissão magnética Vortex |
| Óleo térmico (rolos/zonas aquecidas) | Alta temperatura | Ferro fundido / aço, peças para altas temperaturas | Alta temperatura | Bomba de óleo térmico |
O aço inoxidável 316L é adequado para água de serviço limpa, glicol e NMP seco e frio, mas não é um material adequado para entrar em contacto com o eletrólito, caso se possa formar HF. Esse percurso tem de ser revestido com fluoropolímero ou ser não metálico, ponto final.
8. Uma matriz de seleção de bombas para o fabrico de baterias de lítio
De acordo com as estações da célula-planta, a escolha da bomba fica assim:
| Estação | Fluido | Requisito fundamental | Bomba recomendada |
| Transferência de eletrólitos a granel (barril/IBC para tanque) | Eletrólito LiPF₆ | Inerte, sem vedantes, à prova de humidade | AMC-F com acionamento magnético revestido a PTFE |
| Alimentação/dosagem de eletrólitos para a máquina de enchimento | Eletrólito LiPF₆ | Sem pulsação, preciso, sem fugas | Engrenagem magnética MDC-M / MDC-K |
| Preenchimento final das células | Eletrólito | Microdose, vácuo, ±0,5–1 % | Êmbolo cerâmico para máquina de enchimento / peristáltico (linha OEM) |
| Transferência e recuperação de NMP | Solvente NMP | Sem fugas, resistente ao calor | Acionamento magnético AMC-L / AMC-F |
| Alimentação dosada com NMP | Solvente NMP | Taxa fixa, sem pulsos | Engrenagem magnética MDC-K |
| Dosagem de ligantes/aditivos | PVDF / aditivo | Baixo caudal e baixo cisalhamento precisos | Engrenagem magnética MDC-M / MDC-K |
| Pasta de elétrodos para o revestidor | Pasta de cátodo/ânodo | De elevado teor de sólidos, abrasivo, sem pulsos | De cavidade progressiva / peristáltica (linha OEM) |
| Casaco para misturador / refrigeração da sala seca | Mistura de glicol e água refrigerada | Circulação limpa e sem fugas | MDW magnético de vórtice |
| Rolo aquecido / circuito da zona de secagem | Fluido quente / óleo térmico | Circulação a alta temperatura | MDH vortex magnético / óleo térmico WRY-H |
| Arrefecimento de formação e utilitário | Líquido de arrefecimento / água limpa | Circulação contínua | MDW / acionamento magnético centrífugo |
9. Por que razão as bombas magnéticas sem vedante e as bombas de engrenagens são adequadas para o fabrico de baterias
O fio condutor que une todas as aplicações químicas acima referidas é a vedação, ou a ausência dela. O fabrico de baterias é quase um caso de livro de texto para as bombas sem vedação, uma vez que reúne todas as razões para eliminar a vedação mecânica:
● Ausência total de fugas de solventes inflamáveis — a ausência de uma vedação dinâmica significa que não existe qualquer via de fuga numa área da Zona 1 ou da Zona 2.
● Exclusão da humidade — o mesmo invólucro de contenção que mantém o eletrólito no interior impede a entrada de ar húmido, protegendo o LiPF₆ da hidrólise.
● Sem lavagem da vedação, sem contaminação — uma bomba sem vedantes não necessita de qualquer barreira nem de fluido de lavagem que possa diluir ou contaminar um eletrólito ou solvente específico.
● Precisão na dosagem — as bombas de engrenagens magnéticas proporcionam um caudal volumétrico repetível e sem pulsações para a dosagem de ligantes, aditivos e eletrólitos.
● Longa vida útil em condições de funcionamento limpas — não ter de usar uma vedação significa menos intervenções nas áreas de sala limpa e sala seca, onde o acesso é restrito.
Numa linha de produção de baterias de lítio, as bombas de acionamento magnético sem vedantes tratam das tarefas de transferência de líquidos corrosivos e inflamáveis, as bombas de engrenagens magnéticas tratam da dosagem controlada e as bombas magnéticas de vórtice tratam da circulação de água quente e fria. Trata-se de uma plataforma sem vedantes que abrange as estações química, de dosagem e térmica da fábrica.
10. Gama de bombas com bateria de lítio da Aulank
Fornecemos bombas sem vedante para os setores das energias renováveis e do fabrico de baterias, adaptadas a cada estação:
● Bomba de acionamento magnético AMC-F com revestimento em PTFE — revestimento em fluoropolímero, transferência sem vedantes de eletrólito e do solvente NMP.
● Bomba de acionamento magnético para processos químicos AMC-L — acionamento magnético para processos químicos, destinado à transferência de solventes e substâncias corrosivas.
● Bomba de engrenagens magnética micro MDC-M / Bomba de engrenagens magnética MDC-K / Bomba magnética de engrenagens MDC-X de tamanho médio a grande — dosagem e transferência sem pulso de eletrólitos, aglutinantes e aditivos, desde microcaudais até caudais médios-grandes.
● Bomba magnética de vórtice em aço inoxidável MDW / Bomba de acionamento magnético de vórtice em aço inoxidável MDH — circulação limpa de água quente e fria para o arrefecimento do misturador, glicol na sala seca e circuitos de fluido aquecido.
● Bomba de óleo térmico para altas temperaturas WRY-H — circulação de óleo térmico para rolos aquecidos e zonas de secagem.
Cada bomba é fabricada e testada de acordo com um processo de qualidade documentado — ISO 9001, certificação TÜV CE para as bombas de vórtice com acionamento magnético, registos de testes de parâmetros individuais e mais de 50 patentes relativas ao acionamento síncrono por ímanes permanentes e ao sistema hidráulico de vórtice blindado. Os motores personalizados, incluindo tensão e frequência especiais e as classificações Ex necessárias para uma linha de baterias, são configurados de acordo com a aplicação. Temos fornecido a clientes do setor das baterias e das energias renováveis na China, na Alemanha e na Ásia. Envie-nos os seus requisitos relativos ao fluido, concentração, caudal, precisão e classificação da área e, no prazo de dois dias úteis, enviar-lhe-emos um portfólio de recomendações com especificações dos materiais e orçamentos.
Navegue pelo Série de Bombas Químicas, Série de Bombas de Deslocamento Positivo, e Série de Bombas Vortex, ou leia o nosso guia de seleção de bombas de acionamento magnético e Comparação entre a bomba de engrenagens magnética e a bomba de vórtice magnética.
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Quer gere uma linha de produção de células numa gigafábrica, construa sistemas de revestimento e enchimento de eletrólitos como fabricante de equipamento original (OEM) ou opere uma linha piloto e de I&D, a nossa equipa de engenharia pode selecionar a bomba magnética sem vedantes, a bomba de engrenagem magnética ou a bomba magnética de vórtice mais adequada para cada estação de tratamento de fluidos na sua fábrica.
Fale com a nossa equipa: Contacto Aulank | WhatsApp: +86 13773157367 | E-mail: info@aulankpump.com
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