A medida que la densidad energética de las baterías de potencia se acerca a su límite teórico y las limitaciones de seguridad de las baterías con electrolito líquido se hacen cada vez más evidentes, las baterías de estado sólido se consideran una vía tecnológica clave para las baterías de alta densidad energética de próxima generación. Como elemento central de las baterías de estado sólido, la selección de los materiales de electrolito sólido y sus procesos de fabricación determinan directamente la densidad energética, la seguridad, la vida útil y el rendimiento en condiciones de alta corriente de la batería. Los electrolitos sólidos de óxido, gracias a su excelente estabilidad térmica, estabilidad química y seguridad intrínseca, se han convertido en una de las vías principales para la industrialización de las baterías híbridas sólido-líquido y las baterías totalmente de estado sólido. Para hacer frente a los retos que plantea la fabricación a gran escala de este material fundamental, Longxin Smart está utilizando su unidad de nanomolienda y secado por pulverización de materiales para baterías como plataforma tecnológica clave para llevar los electrolitos sólidos de óxido del desarrollo en laboratorio a una producción a escala industrial.
Enfoque en los electrolitos de estado sólido de óxido para abordar los retos de la industrialización de las baterías totalmente de estado sólido
En los sistemas de baterías de estado sólido, el electrolito sólido desempeña la función esencial de transportar iones de litio entre los electrodos positivo y negativo. Entre los principales sistemas de materiales se incluyen los electrolitos de tipo granate, como el LLZO; los de tipo NASICON, como el LATP; los de tipo perovskita, como el LLTO; y los electrolitos amorfos, como el LiPON. De entre ellos, el LLZO ha suscitado un gran interés debido a su estabilidad frente a los ánodos de litio metálico y a su amplia ventana electroquímica. El LATP es adecuado para sistemas de cátodos de alta tensión debido a su coste relativamente bajo y a su buena estabilidad al aire.
A medida que se acelera la industrialización, el enfoque del sector está pasando de los indicadores individuales de rendimiento electroquímico hacia un control coordinado de las características del polvo, el comportamiento de sinterización y la estructura de los límites de grano. Para que los electrolitos sólidos de óxido alcancen su implantación industrial, los materiales deben ofrecer no solo una alta conductividad iónica, sino también una distribución estrecha del tamaño de las partículas, una buena esfericidad, un bajo contenido en impurezas y uniformidad entre lotes. La consecución de estas propiedades depende en gran medida del rendimiento estable de los equipos y procesos de fabricación iniciales.
De “fabricar el material” a “producirlo de forma constante”: el equipamiento es clave para la expansión
Llevar un electrolito sólido de la investigación de laboratorio a la producción a gran escala requiere varias etapas, entre las que se incluyen la investigación de materiales, la validación de procesos, la adaptación de los equipos y la ampliación a escala industrial. En los modelos operativos convencionales, la insuficiente precisión de la alimentación manual, la baja eficiencia en la dispersión y la molienda, y la dependencia de la transferencia manual entre las distintas etapas del proceso pueden dar lugar a una escasa uniformidad de los lotes, a un mayor riesgo de introducción de impurezas y a ciclos de producción prolongados. Estas limitaciones dificultan el cumplimiento de los estrictos requisitos de pureza y uniformidad de los materiales para baterías de estado sólido.
Por lo tanto, los avances en los procesos de fabricación de materiales son fundamentales para la comercialización de la tecnología. Esto refleja el principio industrial de “una generación de materiales, una generación de equipos”: sin equipos de fabricación de alta gama que se adapten perfectamente al sistema de materiales, ni siquiera la formulación de materiales más prometedora puede transformarse de forma fiable en un producto de fabricación en serie de calidad constante.
Una generación de materiales, una generación de equipos: la trayectoria técnica de la unidad integrada de nanomolienda y secado por pulverización de materiales para baterías
Para satisfacer los requisitos de fabricación de materiales de baterías de alta gama, como los electrolitos de estado sólido de óxido, Longxin Smart ha integrado las tecnologías clave de su molino de perlas nanométricas y su secador por pulverización de polvo ultrafino para crear una ruta de proceso integrada basada en la nanomolienda en húmedo, seguida de la eliminación del disolvente y el secado.
(1) Proceso de mezcla en húmedo: procesamiento de precisión a escala nanométrica en fase líquida
Este proceso es adecuado para aplicaciones de alta gama que requieren un control estricto del tamaño de las partículas y una dispersión uniforme. Tras la dosificación, la suspensión se bombea a un molino de microesferas Longxin Smart. Los medios de molienda, como las microesferas de circonio, giran a alta velocidad para crear un potente campo de cizallamiento que tritura eficazmente las partículas hasta alcanzar la finura deseada. La estructura compuesta de turbina y pasador, junto con los componentes de molienda modulares, permiten un control estable del tamaño de partícula D50 y proporcionan una excelente amplitud de distribución granulométrica.
(2) Proceso de eliminación del disolvente y secado: formación rápida de partículas
La suspensión que ha alcanzado las especificaciones de molienda requeridas se procesa rápidamente mediante secado por pulverización para eliminar el disolvente y obtener polvo seco de electrolito sólido a escala nanométrica. El secador por pulverización de polvo ultrafino Longxin Smart utiliza un atomizador centrífugo de alta velocidad para convertir la materia prima en gotas uniformes. Tras el contacto con aire caliente, el secado se completa en cuestión de segundos, produciendo un polvo con alta esfericidad y una distribución granulométrica concentrada.
(3) Ventajas del proceso que contribuyen directamente al rendimiento de la batería
El proceso húmedo a nanoescala permite obtener una distribución del tamaño de las partículas más estrecha y una mayor esfericidad de las mismas, dos aspectos importantes para mejorar la densidad y la conductividad iónica de las láminas de electrolito. La selección y optimización cuidadosas del sistema de disolventes favorecen una dispersión eficaz, al tiempo que minimizan el disolvente residual. El disolvente residual también puede eliminarse por completo mediante un tratamiento térmico posterior para evitar efectos adversos en el rendimiento de la batería.
(4) Un secador por pulverización multifuncional, de tipo centrífugo y de flujo de aire, para múltiples procesos
Para cumplir con los requisitos de fabricación de polvos ultrafinos de electrolitos sólidos compuestos de óxido multicomponentes, Longxin Smart ha desarrollado un secador por pulverización multifuncional centrífugo y de flujo de aire, equipado con atomizadores centrífugos, de flujo de aire y de presión. Los usuarios pueden cambiar de método de atomización en función de las características del material o añadir lanzas de pulverización para aumentar la capacidad a medida que crecen las necesidades de producción, combinando así la flexibilidad del proceso con la rentabilidad del equipo.
El sistema está equipado con un eficaz filtro de mangas con chorro pulsante y una unidad de recuperación de calor. La eficiencia en la captura de polvo es elevada, y el calor residual se recupera y se reutiliza, lo que contribuye tanto al cumplimiento de la normativa medioambiental como a la reducción del consumo energético.
Cobertura completa de materiales: una única plataforma tecnológica para necesidades diversas
Los materiales para baterías de estado sólido se están desarrollando a través de múltiples vías tecnológicas paralelas, y los distintos materiales presentan requisitos de fabricación muy diferentes. Basándose en sus dos tecnologías principales —la nanomolienda y dispersión, y el secado por pulverización—, Longxin Smart ha desarrollado soluciones de equipamiento que abarcan una amplia gama de materiales fundamentales:
(1) Electrolitos de sulfuro
Dado que los electrolitos de sulfuro son sensibles al aire y a la humedad y propensos a la oxidación, el secador por pulverización de circuito cerrado utiliza un gas inerte, como el nitrógeno, como medio de circulación y funciona como un proceso totalmente cerrado. Los disolventes orgánicos evaporados se condensan, se separan y se recuperan para su reutilización. Esto ayuda a evitar la degradación del material, al tiempo que permite el reciclaje de los disolventes. Hay disponibles modelos de laboratorio, a escala piloto y de gran tamaño industrial para satisfacer las necesidades en todas las fases, desde la investigación hasta la producción en masa.
(2) Electrolitos poliméricos
El secador por pulverización con flujo de aire permite obtener polvo ultrafino con un tamaño de partícula a escala micrométrica y una distribución granulométrica concentrada. Su boquilla atomizadora está fabricada con materiales resistentes al desgaste, y el sistema de control permite ajustar con precisión parámetros clave, como la temperatura del aire de entrada, lo que proporciona una plataforma de validación de procesos para nuevas formulaciones y procesos.
(3) Materiales catódicos a base de manganeso ricos en litio (LMFP), ánodos de silicio-carbono y aglutinantes
El sistema de nanomolienda es compatible con sistemas acuosos, a base de aceite y a base de disolventes, y permite almacenar múltiples recetas de proceso. Cuando se combina con el secado por pulverización y el control automatizado de toda la línea, permite cambios flexibles entre distintos tipos de productos, satisfaciendo así los requisitos de I+D y producción de las empresas de materiales en lo que respecta a lotes pequeños y múltiples especificaciones.
Colaboración entre la industria, el mundo académico y la investigación: la creación de una trayectoria integral desde la tecnología hasta la industria
En los últimos años, Longxin Smart ha seguido colaborando con universidades, institutos de investigación y equipos técnicos especializados en iniciativas que aúnan industria, mundo académico e investigación. El trabajo se ha centrado en la investigación técnica y la comercialización en el ámbito de los materiales avanzados para baterías, la nanomolienda y la dispersión, los nanotubos de carbono, los electrolitos sólidos, la nanocelulosa y otros campos. Estos esfuerzos han permitido establecer gradualmente una vía de transferencia tecnológica que abarca la investigación de materiales, la validación de procesos, los equipos básicos, la ampliación de procesos y la aplicación industrial.
Gracias a sus tecnologías de línea de producción de nanomolienda y secado por pulverización ultrafina, a su plataforma de validación experimental, a sus capacidades de desarrollo de equipos clave y a su experiencia en ingeniería integral, Longxin Smart trabaja para establecer un vínculo estrecho entre la investigación científica y las necesidades industriales. La empresa ofrece apoyo sistemático a nivel de equipos, procesos e ingeniería para llevar los materiales básicos de las baterías de estado sólido de la investigación experimental a la fabricación a gran escala.
Construyendo juntos el futuro del “litio”: explorando una nueva vía para la fabricación inteligente de materiales de última generación para baterías de estado sólido de alta energía
A simple vista, la carrera por la industrialización de las baterías de estado sólido es una competición entre sistemas de materiales. Sin embargo, más allá de las apariencias, se trata de una competición en materia de procesos de fabricación y capacidades de los equipos. Desde la molienda nanométrica y el secado por pulverización ultrafina para electrolitos de óxido hasta el secado en circuito cerrado con gas inerte para electrolitos de sulfuro, Longxin Smart ha aprovechado más de una década de experiencia técnica para seguir avanzando en equipos de secado, sistemas térmicos industriales y equipos inteligentes. La empresa ofrece soluciones de fabricación eficientes, de bajo consumo energético e inteligentes para el sector de los materiales básicos de las baterías de estado sólido.
De cara al futuro, Longxin Smart seguirá reforzando su cartera de soluciones integrales, utilizando la innovación tecnológica para apoyar la modernización industrial y la fabricación ecológica e inteligente con el fin de impulsar el desarrollo futuro. En colaboración con socios del sector, la empresa explorará nuevas vías de fabricación inteligente para los materiales clave utilizados en las baterías de tracción de estado sólido de alta energía de próxima generación y contribuirá a que el sector de las nuevas energías avance hacia una mayor eficiencia, responsabilidad medioambiental y sostenibilidad.
