Los electrolitos de las baterías de estado sólido son un componente clave de estas baterías. Se trata de materiales sólidos conductores de iones que transportan iones de litio entre los electrodos positivo y negativo, desempeñando una función similar a la del electrolito líquido en las baterías convencionales. A medida que las baterías de estado sólido alcancen una mayor densidad energética y unos costes más bajos, se espera que su uso en los vehículos de nueva energía se extienda gradualmente desde los modelos de gama alta hasta los de gama media y básica. Esto impulsará el desarrollo del sector de los vehículos de nueva energía y contribuirá a satisfacer la demanda de los consumidores en cuanto a una gran autonomía, una recarga rápida y un alto nivel de seguridad. Las principales categorías de electrolitos para baterías de estado sólido incluyen:
(1) Electrolitos poliméricos
Los electrolitos poliméricos suelen estar compuestos por una matriz polimérica y una sal de litio, como el polietilenoóxido (PEO). Ofrecen una buena flexibilidad y facilidad de procesamiento, pueden moldearse para formar membranas electrolíticas de diversas formas y tamaños, y proporcionan una buena compatibilidad interfacial con los materiales de los electrodos. Sin embargo, su conductividad iónica es relativamente baja, sobre todo a temperatura ambiente, lo que puede afectar al rendimiento de carga y descarga de la batería. A altas temperaturas, el aumento del movimiento térmico de las cadenas poliméricas puede alterar las vías de conducción iónica y reducir la conductividad iónica. La investigación sobre los electrolitos poliméricos sigue avanzando mediante la modificación estructural de los polímeros, el uso de sales de litio de alto rendimiento y enfoques compuestos para mejorar la conductividad iónica y las propiedades mecánicas.
(2) Electrolitos de óxido
Los electrolitos de óxido incluyen estructuras de tipo granate, tipo NASICON, tipo perovskita y otras estructuras de óxido. Ofrecen una conductividad iónica relativamente alta, buena estabilidad química, alta resistencia mecánica, son ignífugos, presentan baja volatilidad y ofrecen un alto nivel de seguridad. Sin embargo, sus procesos de fabricación son complejos y requieren sinterización a alta temperatura, lo que se traduce en costes relativamente elevados. Además, presentan una alta resistencia interfacial al entrar en contacto con los materiales de los electrodos, lo que puede afectar al rendimiento general de la batería. Se pueden combinar diferentes materiales electrolíticos con los electrolitos de óxido para aprovechar las ventajas de cada material y formar sistemas electrolíticos compuestos multicomponentes con una conductividad iónica, una estabilidad y una compatibilidad interfacial mejoradas.
(3) Electrolitos de sulfuro
Los electrolitos de sulfuro, como los sulfuros de tipo argyrodita, ofrecen una conductividad iónica extremadamente alta y una buena conductividad a temperatura ambiente, lo que puede mejorar de forma eficaz la eficiencia de carga y descarga de la batería, así como su rendimiento energético. Además, presentan una buena compatibilidad con los ánodos de litio metálico, pueden ayudar a frenar el crecimiento de dendritas de litio y pueden mejorar la seguridad y la vida útil de la batería. Sin embargo, los electrolitos de sulfuro son muy sensibles a la humedad y al oxígeno, y son propensos a la hidrólisis y la oxidación. Por lo tanto, deben fabricarse y utilizarse en entornos secos y libres de oxígeno. Además, sus costes son relativamente elevados, y los procesos de producción a gran escala requieren un mayor desarrollo.
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En comparación con las baterías de litio convencionales, las baterías de estado sólido ofrecen una mayor densidad energética y una seguridad mejorada, lo que contribuye a satisfacer las exigencias de los consumidores en cuanto a una mayor duración de la batería y una mayor seguridad en los productos electrónicos y los vehículos eléctricos. Cuentan con amplias perspectivas de aplicación en los vehículos de nueva energía, la electrónica de consumo y el almacenamiento de energía. Las baterías de estado sólido se consideran una vía clave para la tecnología de baterías del futuro, y numerosos fabricantes de automóviles y de baterías están invirtiendo activamente en este campo.
A medida que estas empresas avancen en sus proyectos de baterías de estado sólido, se prevé que la demanda de electrolitos para este tipo de baterías aumente considerablemente, lo que, a su vez, impulsará la demanda de torres de secado por pulverización específicas para este fin. Dado que las baterías de estado sólido imponen requisitos muy estrictos en cuanto a las propiedades del polvo electrolítico —como la distribución del tamaño de las partículas, la pureza y el grado de sequedad—, Jiangsu Longxin ha seguido innovando y ha desarrollado una torre de secado por pulverización específica para electrolitos de baterías de estado sólido. Mediante un control preciso del proceso de secado, el sistema mejora la eficiencia del secado, reduce el consumo energético y optimiza los indicadores de calidad —como la distribución granulométrica, la pureza y la estabilidad— para cumplir con los requisitos de rendimiento de la producción de baterías de estado sólido.
El nuevo equipo puede adaptarse a los requisitos específicos de proceso de los distintos electrolitos de baterías de estado sólido y satisfacer las necesidades de secado de diversos materiales durante la producción en serie. Por ejemplo, los electrolitos sólidos de sulfuro utilizados en los procesos de electrodo seco son extremadamente sensibles a los disolventes orgánicos polares y requieren un equipo de secado capaz de lograr un secado completo y un mínimo de residuos de disolvente. Gracias a un control preciso de los parámetros y a un funcionamiento estable, la innovadora torre de secado por pulverización contribuye a lograr un alto grado de uniformidad entre lotes en las propiedades del polvo de electrolito, lo que favorece unos mayores rendimientos y una mayor uniformidad en la producción de baterías de estado sólido, al tiempo que reduce los costes y refuerza la competitividad en el mercado.
Nuevo secador por pulverización con flujo de aire para polvo ultrafino de electrolito de batería de estado sólido de polímero
A medida que sigue creciendo la demanda de baterías de alto rendimiento en los vehículos de nueva energía, los sistemas de almacenamiento de energía y otros ámbitos, las baterías de estado sólido han suscitado un gran interés como una dirección importante para la tecnología de baterías de próxima generación. Los electrolitos poliméricos para baterías de estado sólido son un componente clave de estas baterías, y se prevé que su escala de producción crezca rápidamente con la expansión del sector de las baterías de estado sólido. Esto generará amplias oportunidades de mercado para los secadores por pulverización con flujo de aire dedicados a los electrolitos poliméricos.
El desarrollo de electrolitos poliméricos para baterías de estado sólido requiere una investigación continua de nuevas formulaciones de materiales y procesos de fabricación con el fin de mejorar el rendimiento de los electrolitos. El secador por pulverización con flujo de aire de Jiangsu Longxin es un sistema avanzado para la producción de polvos ultrafinos y ofrece ventajas como un secado rápido y un tamaño de partícula uniforme en comparación con los métodos de secado convencionales. Puede mejorar la eficiencia y la calidad de la producción de electrolitos poliméricos para baterías de estado sólido y facilitar la producción industrial a gran escala.
(1) Principio de funcionamiento del secador de electrolito para baterías de polímero de estado sólido
El secador por pulverización con flujo de aire utiliza una corriente de gas a alta velocidad para atomizar el material líquido en finas gotas. Las gotas entran en contacto total con el aire caliente, intercambian calor y evaporan rápidamente la humedad en un breve periodo de tiempo, produciendo un polvo seco. El aire comprimido o el vapor se expulsan por la boquilla a una velocidad de ≥300 m/s. La fricción generada por la diferencia de velocidad entre el gas y el líquido rompe la solución electrolítica de la batería de estado sólido polimérica en finas gotitas. Las gotitas entran en contacto con el aire caliente, la humedad se evapora rápidamente y se forma un polvo ultrafino.
(2) Características del equipo del secador por pulverización con flujo de aire y electrolito polimérico
Secado eficaz:
El sistema permite secar polvos finos a escala micrométrica. Las partículas presentan una distribución granulométrica normal relativamente estrecha y pronunciada, una buena uniformidad y un tamaño de partícula ajustable. El polvo ultrafino resultante, utilizado como electrolito en baterías de estado sólido de polímero, es de alta calidad y ofrece un rendimiento estable, lo que contribuye a cumplir los requisitos de producción de las baterías de estado sólido.
Sistema avanzado de atomización:
Una innovadora estructura de atomización por flujo de aire, como un mecanismo de doble orificio descentrado, proporciona una atomización en dos etapas y gotas uniformes. La boquilla puede estar recubierta de diamante, lo que le confiere una resistencia al desgaste considerablemente mayor y una vida útil más larga que las boquillas convencionales de acero inoxidable SUS304.
Sistema de control preciso:
El sistema ofrece modos de control tanto automáticos como manuales. Una pantalla táctil a color muestra de forma dinámica los parámetros del proceso, como la temperatura del aire de entrada, la temperatura del aire de salida, la velocidad de la bomba peristáltica, el caudal de aire y la frecuencia de limpieza de la aguja. El control PID de temperatura constante permite el ajuste en tiempo real y el control preciso del proceso de secado, lo que contribuye a garantizar la estabilidad y la uniformidad del producto.
Fácil mantenimiento:
El conjunto de atomización no contiene juntas de plástico ni motor eléctrico, lo que garantiza una larga vida útil y facilita su desmontaje y limpieza. Algunas configuraciones incluyen un limpiador de boquillas que elimina automáticamente las obstrucciones, con una frecuencia de la aguja de limpieza ajustable automáticamente.
Amplia aplicabilidad:
El equipo puede procesar soluciones electrolíticas para baterías de polímero de estado sólido, así como emulsiones, suspensiones y otras soluciones. También es adecuado para el secado de diversos materiales sensibles al calor y puede completar el secado de forma casi instantánea, lo que ayuda a preservar al máximo los ingredientes activos y el rendimiento de los materiales.
(3) Ventajas de aplicación del secador por pulverización con flujo de aire y electrolito polimérico
Mejora del rendimiento de la batería:
El polvo ultrafino de electrolito para baterías de estado sólido a base de polímeros producido por el sistema presenta una distribución granulométrica favorable y una elevada pureza, lo que contribuye a mejorar la conductividad iónica y el rendimiento electroquímico de las baterías de estado sólido. Esto permite aumentar la densidad energética, la eficiencia de carga y descarga y la vida útil, lo que refuerza la competitividad en el mercado de las baterías de estado sólido.
Apoyo a la producción a gran escala:
Su elevada capacidad de secado y su rendimiento estable permiten que el equipo satisfaga los requisitos de la producción industrial a gran escala, lo que contribuye a la industrialización de las baterías de estado sólido y a un uso más generalizado de las baterías de estado sólido poliméricas en vehículos eléctricos, almacenamiento de energía y otras aplicaciones.
Apoyo a la I+D y la innovación:
Para el desarrollo de nuevos materiales, el sistema puede ampliarse con una función de secado por pulverización a baja temperatura, lo que permite realizar el secado por pulverización en un amplio rango de temperaturas, de 35 a 280 °C. Esto facilita la investigación sobre el rendimiento y los procesos de fabricación de electrolitos poliméricos para baterías de estado sólido en diferentes condiciones de temperatura y contribuye a acelerar el desarrollo y la innovación de nuevos materiales.
Secador por pulverización multifuncional, centrífugo y con flujo de aire, para electrolitos de baterías de estado sólido de óxido compuesto multicomponente
N.º de patente: ZL 2023 2 1168225.9
El mercado de las baterías de estado sólido está creciendo rápidamente. Las previsiones indican que la demanda mundial de envíos de baterías de estado sólido crecerá a una tasa de crecimiento anual compuesta del 133% entre 2024 y 2030. Se espera que esto aumente sustancialmente la demanda de electrolitos de óxido compuesto multicomponente para baterías de estado sólido y anime a las empresas a invertir en secadores por pulverización multifuncionales, tanto centrífugos como de flujo de aire, para la producción a gran escala. A medida que aumentan los requisitos de rendimiento y seguridad de las baterías de estado sólido, las especificaciones relativas al tamaño de las partículas de los polvos ultrafinos de los electrolitos se están volviendo más estrictas. Al mejorar la estructura de los equipos y optimizar los parámetros del proceso, el secador por pulverización multifuncional centrífugo y de flujo de aire para polvos ultrafinos de Jiangsu Longxin ofrece un control más preciso del tamaño de las partículas para los electrolitos de óxido compuesto multicomponente de las baterías de estado sólido, lo que ayuda a garantizar la uniformidad del producto y a mejorar el rendimiento y la seguridad de las baterías.
(1) Composición estructural del secador por pulverización centrífugo y de flujo de aire polivalente con electrolito de óxido
Sistema de atomización:
El secador por pulverización polivalente puede equiparse con un atomizador centrífugo, un atomizador de flujo de aire o un atomizador de presión. El aire caliente entra por el conducto de aire caliente, pasa a través de un canal de rectificación de tipo vórtice y se introduce en la torre de secado por pulverización a través de las salidas de aire caliente. El atomizador centrífugo está instalado por encima de las salidas de aire caliente. Para cambiar a un atomizador de presión o de flujo de aire, solo es necesario sustituir el conjunto de atomización. Si un único atomizador de presión o de flujo de aire no puede satisfacer los requisitos de capacidad, se pueden instalar lanzas de pulverización adicionales en el interior del anillo interior del conducto de aire caliente. Mediante un sencillo cambio, el sistema puede realizar el secado por pulverización centrífuga o el secado por pulverización de presión/flujo de aire, lo que proporciona un funcionamiento cómodo sin un aumento sustancial del coste del equipo.
Sistema de admisión de aire:
El sistema de entrada de aire consta de un filtro de aire, un calentador, un conducto de entrada en espiral y un distribuidor de aire caliente. El filtro de aire elimina las impurezas y el polvo para evitar que penetren en el producto de electrolito de estado sólido de óxido y afecten a su calidad. El calentador eleva la temperatura del aire filtrado hasta el valor establecido y proporciona el calor necesario para el secado. El serpentín de entrada y el distribuidor de aire caliente conducen el aire caliente hacia la torre de secado y favorecen un contacto eficaz con las gotas atomizadas, mejorando así la eficiencia del secado.
Unidad principal de secado:
La torre de secado es el núcleo del sistema, y su estructura interna influye directamente en el contacto entre el aire caliente y las gotas, así como en la eficiencia global del secado. La torre suele tener forma cilíndrica, y su altura y diámetro vienen determinados por la escala de producción y los requisitos del proceso. Los dispositivos internos de guía del flujo de aire ayudan a crear un contacto eficaz en corriente paralela o de flujo mixto entre el aire caliente y las gotas, lo que hace que el secado sea más uniforme y eficiente.
Sistema de recogida de polvo:
El secador por pulverización multifuncional centrífugo y de flujo de aire para polvos ultrafinos utiliza un filtro de mangas con chorro pulsante y cámara de aire para eliminar las partículas finas de polvo del gas cargado de polvo. La eficiencia de eliminación de polvo suele alcanzar el 99,81 % o más, con una alta eficiencia de captura incluso para partículas de tamaño micrométrico. El sistema cumple con las estrictas normas medioambientales sobre emisiones y reduce la contaminación ambiental derivada de las emisiones de polvo.
Sistema de control:
Un sistema de control avanzado regula los parámetros a lo largo de todo el proceso de secado, incluyendo la temperatura del aire de entrada, la temperatura del aire de salida, la velocidad del atomizador y el caudal de alimentación, lo que contribuye a garantizar un secado estable y fiable. El sistema de control suele incluir reguladores de temperatura, reguladores de presión, reguladores de caudal y variadores de frecuencia. Proporciona control y supervisión automatizados y puede ajustarse automáticamente a los parámetros óptimos de secado en función de las propiedades del material y los requisitos de secado.
(2) Características de rendimiento del secador por pulverización multifuncional centrífugo y de flujo de aire con electrolito de óxido
Secado rápido:
Mediante el uso combinado de atomización centrífuga y por flujo de aire, el sistema dispersa el material líquido en finas gotas y aumenta considerablemente la superficie de contacto con el aire caliente. De este modo, la humedad puede evaporarse rápidamente, lo que mejora en gran medida la eficiencia de la producción. El sistema resulta especialmente adecuado para el secado de materiales sensibles al calor, como los polvos ultrafinos de electrolitos de baterías de estado sólido de óxido, lo que ayuda a evitar la degradación del material o la pérdida de rendimiento durante un secado prolongado.
Amplia aplicabilidad:
El secador por pulverización multifuncional centrífugo y de flujo de aire puede procesar tanto soluciones de baja viscosidad como suspensiones o emulsiones de alta viscosidad y materiales que contengan partículas sólidas. Ofrece una buena adaptabilidad a los materiales electrolíticos de las baterías de estado sólido de óxido, con diferentes propiedades y composiciones, y puede satisfacer diversos requisitos de producción.
Gran flexibilidad operativa:
Los usuarios pueden elegir entre la atomización centrífuga o por flujo de aire en función de las propiedades del material y los requisitos de secado, o bien cambiar de método de atomización durante el secado para obtener resultados óptimos. Los parámetros del equipo también se pueden ajustar y optimizar según las condiciones reales, lo que hace que su manejo sea sencillo y fácil de dominar.
Buen comportamiento medioambiental:
Un sistema eficiente de recogida de polvo y un equipo de tratamiento de gases de escape recogen eficazmente el polvo seco, reducen las emisiones de polvo y purifican los gases de escape para minimizar el impacto medioambiental. Un sistema de recuperación de calor permite reutilizar el calor residual generado durante el secado para reducir el consumo energético y contribuir al ahorro energético y a la reducción de emisiones.
Secador por pulverización de circuito cerrado para electrolitos de baterías de estado sólido de sulfuro de alto rendimiento
La demanda de baterías de alto rendimiento para los vehículos de nueva energía sigue aumentando como respuesta a las exigencias de una gran autonomía y una recarga rápida. Las baterías de estado sólido están bien posicionadas para satisfacer estas exigencias. A medida que la producción de vehículos de nueva energía siga aumentando, se prevé que la demanda de electrolitos de sulfuro para baterías de estado sólido crezca en consecuencia, lo que impulsará el crecimiento del mercado de secadores asociado.
Los electrolitos de sulfuro para baterías de estado sólido son sensibles al aire y a la humedad, y son propensos a la oxidación. El secador por pulverización de circuito cerrado de Jiangsu Longxin incorpora diseños y funciones especiales, como un sellado hermético, protección con gas inerte y secado a baja temperatura, para evitar que los electrolitos de sulfuro se contaminen o se degraden durante el secado. Con más de diez años de experiencia en el sector de las nuevas energías, Longxin Smart ofrece sistemas de secado eficientes, de bajo consumo e inteligentes, así como soluciones innovadoras para los clientes del sector de los electrolitos de sulfuro. Se dispone de una amplia gama de modelos y configuraciones de equipos para satisfacer las necesidades que van desde la investigación de laboratorio hasta la producción industrial a gran escala, incluyendo secadores de laboratorio, secadores a escala piloto y grandes secadores industriales.
(1) Principio de funcionamiento del secador por pulverización de circuito cerrado con electrolito de sulfuro
El secador por pulverización de circuito cerrado utiliza un gas inerte, como el nitrógeno, como medio de circulación. El material electrolítico líquido de sulfuro para baterías de estado sólido se suministra a la boquilla mediante una bomba de alimentación y se atomiza en finas gotas. En el interior de la torre de secado, las gotitas intercambian calor de forma exhaustiva con el nitrógeno caliente, lo que provoca que la parte líquida se evapore al instante y que el material sólido se convierta en polvo. Durante este proceso, el disolvente orgánico se evapora y entra en el sistema de recuperación en forma de gas, donde se condensa, se separa y se recupera para su reutilización. Todo el proceso de secado tiene lugar en un entorno sellado.
(2) Ventajas técnicas del secador por pulverización de circuito cerrado con electrolito de sulfuro
Mejora del rendimiento del material:
El secado por pulverización permite formar partículas de electrolito de sulfuro para baterías de estado sólido con una morfología y unas dimensiones específicas, como las partículas a escala nanométrica, lo que aumenta la superficie específica y mejora la conductividad iónica y el rendimiento electroquímico.
Estructura del material controlado:
La temperatura, la humedad, la velocidad del flujo de aire y otros parámetros pueden controlarse con precisión durante el secado para regular la estructura cristalina y la microestructura de los materiales electrolíticos de las baterías de estado sólido de sulfuro. Esto contribuye a mejorar la estabilidad, las propiedades mecánicas y la compatibilidad con los materiales de los electrodos, lo que potencia el rendimiento general de la batería.
Secado eficaz:
Los materiales electrolíticos de las baterías de estado sólido de sulfuro pueden secarse rápidamente hasta obtener polvos o gránulos uniformes con buena fluidez y dispersabilidad, lo que facilita su posterior procesamiento y aplicación. El control preciso de las condiciones de secado también ayuda a evitar la aglomeración, la deformación o la descomposición durante el proceso, garantizando así la calidad y el rendimiento del producto.
Alta seguridad:
Dado que se utiliza un gas inerte como medio de circulación, el material queda protegido del contacto con el oxígeno del aire. Esto ayuda a evitar la oxidación del electrolito sólido de sulfuro durante el secado, reduce los riesgos de incendio y explosión, y mejora la seguridad del proceso. El sistema resulta especialmente adecuado para el tratamiento de disolventes orgánicos inflamables o explosivos y de materiales sensibles al aire.
Producción continua:
El secador por pulverización de circuito cerrado permite la producción continua a gran escala, lo que mejora la eficiencia y reduce los costes de producción, al tiempo que favorece la industrialización de los electrolitos de estado sólido a base de sulfuro para baterías.
Alto grado de automatización:
El sistema está equipado con un sistema de control avanzado, que incluye un controlador lógico programable (PLC) y una interfaz de pantalla táctil, para la visualización y el control precisos de parámetros como la temperatura del aire de entrada, la temperatura del aire de salida, la potencia de frecuencia variable y la frecuencia de la aguja de limpieza. Funciones como el registro de datos, el análisis de curvas, las alarmas y la protección contra sobrecargas mejoran la automatización y la estabilidad del proceso, al tiempo que reducen el trabajo manual y los errores de funcionamiento.
Jiangsu Longxin se compromete a impulsar la innovación tecnológica en equipos de secado, sistemas térmicos industriales y equipos inteligentes, y valora la confianza que nos depositan nuestros clientes. La propiedad intelectual es el pilar fundamental tanto para Longxin Drying como para sus clientes. En el Grupo Longxin, defendemos la honestidad y la dedicación profesional como pilares de nuestra actividad empresarial, mantenemos una tolerancia cero ante las infracciones y tomamos medidas firmes contra cualquier conducta ilícita que viole los derechos de propiedad intelectual. Esta es la responsabilidad, la obligación y el compromiso primordiales de Jiangsu Longxin. Correspondemos con sinceridad a la confianza de nuestros clientes y trabajamos para eliminar toda forma de infracción.
