Les électrolytes des batteries à état solide constituent un composant essentiel de ces dernières. Il s’agit de matériaux solides conducteurs d’ions qui assurent le transport des ions lithium entre les électrodes positive et négative, remplissant ainsi une fonction similaire à celle de l’électrolyte liquide dans les batteries classiques. À mesure que les batteries à l'état solide atteignent une densité énergétique plus élevée et que leurs coûts diminuent, leur utilisation dans les véhicules à énergie nouvelle devrait s'étendre progressivement des modèles haut de gamme aux modèles de milieu de gamme et d'entrée de gamme. Cela favorisera le développement du secteur des véhicules à énergie nouvelle et contribuera à répondre à la demande des consommateurs en matière d'autonomie, de recharge rapide et de sécurité élevée. Les principales catégories d’électrolytes pour batteries à l’état solide comprennent :
(1) Électrolytes polymères
Les électrolytes polymères sont généralement constitués d'une matrice polymère et d'un sel de lithium, tel que le poly(oxyde d'éthylène) (PEO). Ils offrent une bonne flexibilité et une bonne aptitude à la mise en œuvre, peuvent être façonnés en membranes électrolytiques de formes et de tailles variées, et présentent une bonne compatibilité interfaciale avec les matériaux d'électrode. Cependant, leur conductivité ionique est relativement faible, en particulier à température ambiante, ce qui peut affecter les performances de charge et de décharge de la batterie. À haute température, l’augmentation du mouvement thermique des chaînes polymères peut perturber les voies de conduction ionique et réduire la conductivité ionique. La recherche sur les électrolytes polymères continue de progresser grâce à la modification structurelle des polymères, à l’utilisation de sels de lithium haute performance et à des approches composites visant à améliorer la conductivité ionique et les propriétés mécaniques.
(2) Électrolytes à base d'oxyde
Les électrolytes à base d’oxydes comprennent les structures de type grenat, NASICON, pérovskite et d’autres structures oxydes. Ils offrent une conductivité ionique relativement élevée, une bonne stabilité chimique, une résistance mécanique élevée, une ininflammabilité, une faible volatilité et un haut niveau de sécurité. Cependant, leurs procédés de fabrication sont complexes et nécessitent un frittage à haute température, ce qui entraîne des coûts relativement élevés. Ils présentent également une résistance interfaciale élevée au contact des matériaux d’électrodes, ce qui peut affecter les performances globales de la batterie. Différents matériaux d’électrolyte peuvent être combinés avec des électrolytes à base d’oxyde afin de tirer parti des avantages de chaque matériau et de former des systèmes d’électrolytes composites à plusieurs composants présentant une conductivité ionique, une stabilité et une compatibilité interfaciale améliorées.
(3) Électrolytes à base de sulfure
Les électrolytes à base de sulfures, tels que les sulfures de type argyrodite, offrent une conductivité ionique extrêmement élevée et une bonne conductivité à température ambiante, ce qui permet d'améliorer efficacement le rendement de charge-décharge et les performances énergétiques des batteries. Ils présentent également une bonne compatibilité avec les anodes au lithium métallique, peuvent contribuer à limiter la croissance des dendrites de lithium et sont susceptibles d’améliorer la sécurité et la durée de vie des batteries. Cependant, les électrolytes à base de sulfure sont très sensibles à l’humidité et à l’oxygène et sont sujets à l’hydrolyse et à l’oxydation. Ils doivent donc être produits et utilisés dans des environnements secs et exempts d’oxygène. Leur coût est également relativement élevé, et les procédés de production à grande échelle nécessitent encore d’être perfectionnés.
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Par rapport aux batteries au lithium classiques, les batteries à état solide offrent une densité énergétique plus élevée et une sécurité améliorée, ce qui permet de répondre aux attentes des consommateurs en matière d’autonomie accrue et de sécurité renforcée pour les produits électroniques et les véhicules électriques. Elles présentent de vastes perspectives d’application dans les véhicules à énergie nouvelle, l’électronique grand public et le stockage d’énergie. Les batteries à l'état solide sont considérées comme une orientation clé pour la technologie des batteries de demain, et de nombreux constructeurs automobiles et fabricants de batteries investissent activement dans ce domaine.
À mesure que ces entreprises font progresser leurs projets de batteries à état solide, la demande en électrolytes pour ces batteries devrait augmenter considérablement, ce qui stimulera à son tour la demande en tours de séchage par atomisation dédiées. Les batteries à état solide imposant des exigences strictes quant aux propriétés de la poudre d’électrolyte, telles que la distribution granulométrique, la pureté et le degré de sécheresse, Jiangsu Longxin a poursuivi ses efforts d’innovation et mis au point une tour de séchage par atomisation dédiée aux électrolytes de batteries à état solide. En contrôlant avec précision le processus de séchage, ce système améliore l’efficacité du séchage, réduit la consommation d’énergie et optimise les indicateurs de qualité, notamment la distribution granulométrique, la pureté et la stabilité, afin de répondre aux exigences de performance liées à la production de batteries à l’état solide.
Ce nouvel équipement peut être adapté aux exigences spécifiques des différents procédés de fabrication d’électrolytes pour batteries à état solide et répondre aux besoins de séchage de divers matériaux lors de la production en série. Par exemple, les électrolytes solides à base de sulfure utilisés dans les procédés à électrodes sèches sont extrêmement sensibles aux solvants organiques polaires et nécessitent un équipement de séchage capable d’assurer un séchage complet tout en limitant au maximum les résidus de solvants. Grâce à un contrôle précis des paramètres et à un fonctionnement stable, cette tour de séchage par atomisation innovante permet d’atteindre un haut niveau d’uniformité d’un lot à l’autre en ce qui concerne les propriétés de la poudre d’électrolyte, ce qui favorise des rendements plus élevés et une plus grande régularité dans la production de batteries à état solide, tout en réduisant les coûts et en renforçant la compétitivité sur le marché.
Nouveau séchoir par atomisation à flux d'air pour la fabrication de poudre ultrafine d'électrolyte polymère pour batteries à l'état solide
Alors que la demande en batteries haute performance ne cesse de croître dans les véhicules à énergie nouvelle, les systèmes de stockage d’énergie et d’autres domaines, les batteries à l’état solide suscitent un vif intérêt en tant qu’orientation majeure pour la technologie des batteries de nouvelle génération. Les électrolytes polymères pour batteries à l'état solide constituent un composant clé de ces batteries, et leur volume de production devrait connaître une croissance rapide parallèlement à l'expansion du secteur des batteries à l'état solide. Cela ouvrira de vastes perspectives commerciales pour les sécheurs par atomisation à flux d'air dédiés aux électrolytes polymères.
Le développement d’électrolytes polymères pour batteries à l’état solide nécessite une recherche constante de nouvelles formulations de matériaux et de nouveaux procédés de fabrication afin d’améliorer les performances des électrolytes. Le séchoir à pulvérisation à courant d’air de Jiangsu Longxin est un système de pointe permettant de produire des poudres ultrafines. Il offre des avantages tels qu’un séchage rapide et une granulométrie homogène par rapport aux méthodes de séchage conventionnelles. Il permet d’améliorer l’efficacité de production et la qualité des électrolytes pour batteries à état solide polymères, et de soutenir une production industrielle à grande échelle.
(1) Principe de fonctionnement du sécheur d'électrolyte pour batterie polymère à l'état solide
Le sécheur par atomisation à courant d'air utilise un flux de gaz à grande vitesse pour atomiser une matière liquide en fines gouttelettes. Ces gouttelettes entrent en contact total avec de l'air chaud, échangent de la chaleur et s'évaporent rapidement en très peu de temps, produisant ainsi une poudre sèche. De l'air comprimé ou de la vapeur est éjecté de la buse à une vitesse ≥ 300 m/s. Le frottement généré par la différence de vitesse entre le gaz et le liquide brise la solution d'électrolyte de la batterie à l'état solide à base de polymère en fines gouttelettes. Les gouttelettes entrent en contact avec l'air chaud, l'humidité s'évapore rapidement et une poudre ultrafine se forme.
(2) Caractéristiques techniques du sécheur par atomisation à flux d'air à électrolyte polymère
Séchage efficace :
Le système permet de sécher des poudres fines de l'ordre du micron. Les particules présentent une distribution granulométrique normale relativement étroite et abrupte, une bonne uniformité et une granulométrie réglable. La poudre ultrafine d'électrolyte pour batterie à l'état solide à base de polymère ainsi obtenue est de haute qualité et offre des performances stables, ce qui permet de répondre aux exigences de production des batteries à l'état solide.
Système d'atomisation avancé :
Une structure innovante d'atomisation par flux d'air, telle qu'un mécanisme décalé à double orifice, assure une atomisation en deux étapes et produit des gouttelettes uniformes. La buse peut être revêtue de diamant, ce qui lui confère une résistance à l'usure nettement supérieure et une durée de vie plus longue que les buses classiques en acier inoxydable SUS304.
Système de commande de précision :
Le système propose à la fois un mode de commande automatique et un mode manuel. Un écran tactile couleur affiche en temps réel les paramètres du processus, tels que la température de l'air à l'entrée, la température de l'air à la sortie, la vitesse de la pompe péristaltique, le débit d'air et la fréquence de nettoyage des aiguilles. La régulation PID à température constante permet un ajustement en temps réel et un contrôle précis du processus de séchage, contribuant ainsi à garantir la stabilité et l'uniformité du produit.
Entretien facile :
Le groupe d'atomisation ne comporte ni joint en plastique ni moteur électrique, ce qui lui assure une longue durée de vie et facilite son démontage et son nettoyage. Certaines configurations sont équipées d'un dispositif de nettoyage de la buse qui élimine automatiquement les obstructions, avec une fréquence de nettoyage de l'aiguille réglable automatiquement.
Large champ d'application :
Cet équipement permet de traiter des solutions d'électrolytes pour batteries polymères à l'état solide, ainsi que des émulsions, des suspensions et d'autres solutions. Il convient également au séchage de divers matériaux thermosensibles et peut effectuer le séchage de manière quasi instantanée, ce qui contribue à préserver au maximum les principes actifs et les performances des matériaux.
(3) Avantages d'utilisation du sécheur par atomisation à flux d'air à électrolyte polymère
Amélioration des performances de la batterie :
La poudre ultrafine d'électrolyte pour batterie à état solide à base de polymère produite par ce système présente une distribution granulométrique favorable et une grande pureté, ce qui contribue à améliorer la conductivité ionique et les performances électrochimiques des batteries à état solide. Cela permet d'augmenter la densité énergétique, le rendement de charge-décharge et la durée de vie, renforçant ainsi la compétitivité des batteries à état solide sur le marché.
Prise en charge de la production à grande échelle :
Grâce à sa grande capacité de séchage et à ses performances stables, cet équipement répond aux exigences de la production industrielle à grande échelle, favorisant ainsi l'industrialisation des batteries à l'état solide et la généralisation de l'utilisation des batteries polymères à l'état solide dans les véhicules électriques, le stockage d'énergie et d'autres applications.
Soutien à la R&D et à l'innovation :
Pour le développement de nouveaux matériaux, le système peut être équipé d’une fonction de séchage par atomisation à basse température, permettant ainsi le séchage par atomisation sur une large plage de températures comprise entre 35 et 280 °C. Cela facilite la recherche sur les performances et les procédés de fabrication des électrolytes polymères pour batteries à l’état solide dans différentes conditions de température et contribue à accélérer le développement et l’innovation en matière de nouveaux matériaux.
Séchoir par atomisation polyvalent à centrifugation et à flux d'air pour électrolyte de batterie à l'état solide à base d'oxyde composite à plusieurs composants
Numéro de brevet : ZL 2023 2 1168225.9
Le marché des batteries à l'état solide connaît une croissance rapide. Selon les prévisions, la demande mondiale en livraisons de batteries à l'état solide devrait progresser à un taux de croissance annuel composé de 133% entre 2024 et 2030. Cela devrait entraîner une augmentation substantielle de la demande en électrolytes pour batteries à l'état solide à base d'oxydes composites multicomposants et inciter les entreprises à investir dans des sécheurs par atomisation polyvalents, centrifuges ou à flux d'air, pour une production à grande échelle. À mesure que les exigences en matière de performances et de sécurité des batteries à l'état solide se renforcent, les spécifications relatives à la taille des particules des poudres ultrafines utilisées comme électrolytes deviennent de plus en plus strictes. Grâce à l’amélioration de la conception de ses équipements et à l’optimisation des paramètres de processus, le sécheur par atomisation polyvalent à flux d’air et centrifuge pour poudres ultrafines de Jiangsu Longxin offre un contrôle plus précis de la taille des particules pour les électrolytes composites à base d’oxydes à l’état solide destinés aux batteries, contribuant ainsi à garantir la cohérence des produits et à améliorer les performances et la sécurité des batteries.
(1) Composition structurelle du sécheur-atomiseur polyvalent à centrifugation et à flux d'air à électrolyte d'oxyde
Système d'atomisation :
Le sécheur-atomiseur polyvalent peut être équipé d'un atomiseur centrifuge, d'un atomiseur à flux d'air ou d'un atomiseur à pression. L'air chaud pénètre par le conduit d'air chaud, traverse un canal de rectification de type vortex, puis est acheminé vers la tour de séchage-atomisation par les sorties d'air chaud. L'atomiseur centrifuge est installé au-dessus des sorties d'air chaud. Pour passer à un atomiseur à pression ou à flux d'air, il suffit de remplacer l'ensemble d'atomisation. Si un seul atomiseur à pression ou à flux d’air ne suffit pas à répondre aux exigences de capacité, des lances de pulvérisation supplémentaires peuvent être installées à l’intérieur de l’anneau interne du conduit d’air chaud. Grâce à une simple commutation, le système peut effectuer un séchage par atomisation centrifuge ou un séchage par atomisation à pression/à flux d’air, offrant ainsi un fonctionnement pratique sans augmentation substantielle du coût de l’équipement.
Système d'admission d'air :
Le système d'admission d'air se compose d'un filtre à air, d'un réchauffeur, d'une volute d'admission et d'un distributeur d'air chaud. Le filtre à air élimine les impuretés et la poussière afin d'empêcher celles-ci de pénétrer dans l'électrolyte solide à base d'oxyde et d'altérer la qualité du produit. Le réchauffeur porte l'air filtré à la température définie et fournit la chaleur nécessaire au séchage. La volute d'admission et le distributeur d'air chaud acheminent l'air chaud vers la tour de séchage et favorisent un contact efficace avec les gouttelettes atomisées, améliorant ainsi l'efficacité du séchage.
Unité de séchage principale :
La tour de séchage constitue le cœur du système, et sa structure interne influe directement sur le contact entre l'air chaud et les gouttelettes, ainsi que sur l'efficacité globale du séchage. La tour est généralement de forme cylindrique, sa hauteur et son diamètre étant déterminés par l'échelle de production et les exigences du procédé. Des dispositifs internes de guidage du flux d'air contribuent à créer un contact efficace, à courant parallèle ou à flux mixte, entre l'air chaud et les gouttelettes, rendant ainsi le séchage plus uniforme et plus efficace.
Système de collecte de poussière :
Le sécheur-atomiseur polyvalent à centrifugation et à flux d'air pour poudres ultrafines utilise un filtre à manches à jet pulsé avec caisson à air pour éliminer les particules de poussière fines des gaz chargés de poussière. L'efficacité de dépoussiérage peut généralement atteindre 99,81 TP3T ou plus, avec un taux de rétention élevé même pour les particules de l'ordre du micron. Le système permet de respecter les normes d'émissions environnementales strictes et de réduire la pollution environnementale due aux émissions de poussières.
Système de commande :
Un système de contrôle avancé régule les paramètres tout au long du processus de séchage, notamment la température de l'air à l'entrée, la température de l'air à la sortie, la vitesse de l'atomiseur et le débit d'alimentation, ce qui contribue à garantir un séchage stable et fiable. Le système de contrôle comprend généralement des régulateurs de température, des régulateurs de pression, des régulateurs de débit et des variateurs de fréquence. Il assure un contrôle et une surveillance automatisés et peut s'ajuster automatiquement aux paramètres de séchage optimaux en fonction des propriétés du matériau et des exigences de séchage.
(2) Caractéristiques de performance du sécheur par atomisation polyvalent à centrifugation et à flux d'air à électrolyte d'oxyde
Séchage rapide :
En combinant l'atomisation centrifuge et l'atomisation par flux d'air, le système disperse le matériau liquide en fines gouttelettes et augmente considérablement la surface de contact avec l'air chaud. L'humidité peut ainsi s'évaporer rapidement, ce qui améliore considérablement le rendement de production. Ce système est particulièrement adapté au séchage de matériaux thermosensibles, tels que les poudres ultrafines d’électrolyte pour batteries à l’état solide à base d’oxyde, ce qui permet d’éviter la dégradation des matériaux ou la perte de performances lors d’un séchage prolongé.
Large champ d'application :
Le sécheur par atomisation polyvalent à centrifugation et à flux d'air permet de traiter aussi bien des solutions à faible viscosité que des suspensions ou des émulsions à haute viscosité, ainsi que des matériaux contenant des particules solides. Il offre une bonne adaptabilité aux matériaux d'électrolyte destinés aux batteries à oxydes à l'état solide, quelles que soient leurs propriétés et leurs compositions, et peut répondre à des exigences de production variées.
Grande souplesse d'exploitation :
Les utilisateurs peuvent choisir entre l'atomisation centrifuge et l'atomisation par flux d'air en fonction des propriétés du matériau et des exigences de séchage, ou changer de méthode d'atomisation en cours de séchage afin d'obtenir des résultats optimaux. Les paramètres de l'équipement peuvent également être ajustés et optimisés en fonction des conditions réelles, ce qui rend son utilisation simple et facile à maîtriser.
Bonnes performances environnementales :
Un système efficace de récupération de la poudre et un équipement de traitement des gaz d'échappement permettent de collecter efficacement la poudre séchée, de réduire les émissions de poussière et de purifier les gaz d'échappement afin de limiter l'impact environnemental. Un système de récupération de chaleur permet de réutiliser la chaleur résiduelle générée pendant le séchage afin de réduire la consommation d'énergie et de favoriser les économies d'énergie ainsi que la réduction des émissions.
Sécheur par atomisation en circuit fermé pour électrolyte de batterie à l'état solide à base de sulfure haute performance
La demande en batteries haute performance pour les véhicules à énergie nouvelle ne cesse de croître, en réponse aux exigences en matière d'autonomie et de recharge rapide. Les batteries à l'état solide sont particulièrement bien placées pour répondre à ces exigences. À mesure que la production de véhicules à énergie nouvelle continue d'augmenter, la demande en électrolytes à base de sulfure pour batteries à l'état solide devrait s'accroître en conséquence, stimulant ainsi la croissance du marché des séchoirs associés.
Les électrolytes de batterie à l'état solide à base de sulfure sont sensibles à l'air et à l'humidité et sont sujets à l'oxydation. Le séchoir par atomisation en circuit fermé de Jiangsu Longxin intègre des conceptions et des fonctionnalités spécifiques, notamment une étanchéité à l'air, une protection par gaz inerte et un séchage à basse température, afin d'empêcher toute contamination ou dégradation des électrolytes à base de sulfure pendant le séchage. Forte de plus de dix ans d’expérience dans le secteur des énergies nouvelles, Longxin Smart propose des systèmes de séchage efficaces, économes en énergie et intelligents, ainsi que des solutions innovantes destinées aux clients utilisant des électrolytes à base de sulfure. Une gamme variée de modèles et de configurations d’équipements est disponible pour répondre aux besoins allant de la recherche en laboratoire à la production industrielle à grande échelle, notamment des séchoirs de laboratoire, des séchoirs à l’échelle pilote et de grands séchoirs industriels.
(1) Principe de fonctionnement du sécheur par atomisation en circuit fermé à électrolyte sulfuré
Le sécheur par atomisation en circuit fermé utilise un gaz inerte, tel que l'azote, comme fluide de circulation. Le matériau électrolytique liquide à base de sulfure destiné aux batteries à état solide est acheminé vers la buse par une pompe d'alimentation, puis atomisé en fines gouttelettes. À l’intérieur de la tour de séchage, les gouttelettes échangent intensément de la chaleur avec l’azote chaud, ce qui provoque l’évaporation instantanée de la partie liquide et la transformation de la matière solide en poudre. Au cours de ce processus, le solvant organique s’évapore et pénètre sous forme gazeuse dans le système de récupération, où il est condensé, séparé et récupéré en vue d’une réutilisation. L’ensemble du processus de séchage se déroule dans un environnement hermétique.
(2) Avantages techniques du sécheur-atomiseur en boucle fermée à électrolyte sulfuré
Amélioration des performances du matériau :
Le séchage par atomisation permet de former des particules d'électrolyte de batterie à l'état solide à base de sulfure présentant une morphologie et des dimensions spécifiques, telles que des particules à l'échelle nanométrique, ce qui augmente la surface spécifique et améliore la conductivité ionique ainsi que les performances électrochimiques.
Structure des matières soumises à contrôle :
La température, l'humidité, la vitesse du flux d'air et d'autres paramètres peuvent être contrôlés avec précision pendant le séchage afin de réguler la structure cristalline et la microstructure des matériaux électrolytiques des batteries à l'état solide à base de sulfure. Cela permet d'améliorer la stabilité, les propriétés mécaniques et la compatibilité avec les matériaux d'électrode, ce qui optimise les performances globales de la batterie.
Séchage efficace :
Les matériaux électrolytiques pour batteries à l'état solide à base de sulfure peuvent être séchés rapidement pour obtenir des poudres ou des granulés homogènes présentant une bonne fluidité et une bonne dispersibilité, ce qui facilite leur traitement et leur utilisation ultérieurs. Un contrôle précis des conditions de séchage permet également d'éviter l'agglomération, la déformation ou la décomposition pendant le séchage, garantissant ainsi la qualité et les performances du produit.
Sécurité élevée :
L'utilisation d'un gaz inerte comme fluide de circulation permet de protéger le matériau contre tout contact avec l'oxygène de l'air. Cela contribue à empêcher l'oxydation de l'électrolyte solide à base de sulfure pendant le séchage, réduit les risques d'incendie et d'explosion et améliore la sécurité du procédé. Ce système est particulièrement adapté au traitement de solvants organiques inflammables ou explosifs et de matériaux sensibles à l'air.
Production en continu :
Le sécheur par atomisation en circuit fermé permet une production continue à grande échelle, ce qui améliore le rendement et réduit les coûts de production, tout en favorisant l'industrialisation des électrolytes de batteries à l'état solide à base de sulfure.
Haut niveau d'automatisation :
Le système est équipé d'un système de commande avancé, comprenant une commande par automate programmable (PLC) et une interface à écran tactile, permettant l'affichage et le contrôle précis de paramètres tels que la température de l'air à l'entrée, la température de l'air à la sortie, la puissance à fréquence variable et la fréquence des aiguilles de nettoyage. Des fonctions telles que l'enregistrement des données, l'analyse des courbes, les alarmes et la protection contre les surcharges améliorent l'automatisation et la stabilité du processus, tout en réduisant le travail manuel et les erreurs de manipulation.
Jiangsu Longxin s'engage à faire progresser l'innovation technologique dans les domaines des équipements de séchage, des systèmes thermiques industriels et des équipements intelligents, et accorde une grande importance à la confiance que nos clients nous accordent. La propriété intellectuelle est le pilier commun de Longxin Drying et de ses clients. Au sein du groupe Longxin, nous faisons de l’honnêteté et du dévouement professionnel les fondements de notre activité, nous appliquons une tolérance zéro en matière de contrefaçon et nous prenons des mesures fermes contre tout comportement illégal portant atteinte aux droits de propriété intellectuelle. Il s’agit là de la responsabilité, de l’obligation et de l’engagement primordiaux de Jiangsu Longxin. Nous nous efforcerons de mériter sincèrement la confiance de nos clients et de lutter contre toutes les formes de contrefaçon.
