Os eletrólitos das baterias de estado sólido são um componente essencial destas baterias. Trata-se de materiais sólidos condutores de iões que transportam iões de lítio entre os elétrodos positivo e negativo, desempenhando uma função semelhante à do eletrólito líquido nas baterias convencionais. À medida que as baterias de estado sólido alcançam uma maior densidade energética e custos mais baixos, prevê-se que a sua utilização em veículos movidos a energia renovável se expanda gradualmente, passando dos modelos topo de gama para os modelos de gama média e básica. Isto irá apoiar o desenvolvimento da indústria de veículos movidos a energia renovável e ajudar a satisfazer a procura dos consumidores por autonomias de condução elevadas, carregamento rápido e elevada segurança. As principais categorias de eletrólitos para baterias de estado sólido incluem:
(1) Eletrolitos poliméricos
Os eletrólitos poliméricos consistem geralmente numa matriz polimérica e num sal de lítio, como o polietilenoóxido (PEO). Oferecem boa flexibilidade e facilidade de processamento, podem ser moldados em membranas eletrolíticas de várias formas e tamanhos e proporcionam boa compatibilidade interfacial com os materiais dos elétrodos. No entanto, a sua condutividade iónica é relativamente baixa, especialmente à temperatura ambiente, o que pode afetar o desempenho de carga e descarga da bateria. A altas temperaturas, o aumento do movimento térmico das cadeias poliméricas pode perturbar as vias de condução iónica e reduzir a condutividade iónica. A investigação sobre eletrólitos poliméricos continua a avançar através da modificação estrutural dos polímeros, da utilização de sais de lítio de alto desempenho e de abordagens compostas para melhorar a condutividade iónica e as propriedades mecânicas.
(2) Eletrolitos de óxido
Os eletrólitos de óxido incluem estruturas do tipo granada, do tipo NASICON, do tipo perovskita e outras estruturas de óxido. Oferecem uma condutividade iónica relativamente elevada, boa estabilidade química, elevada resistência mecânica, não inflamabilidade, baixa volatilidade e elevada segurança. No entanto, os seus processos de fabrico são complexos e requerem sinterização a alta temperatura, o que resulta em custos relativamente elevados. Apresentam também uma elevada resistência interfacial quando em contacto com materiais de elétrodos, o que pode afetar o desempenho global da bateria. É possível combinar diferentes materiais de eletrólito com os eletrólitos de óxido para tirar partido das vantagens de cada material e formar sistemas de eletrólitos compostos multicomponentes com condutividade iónica, estabilidade e compatibilidade interfacial melhoradas.
(3) Eletrolitos de sulfureto
Os eletrólitos de sulfureto, tais como os sulfuretos do tipo argyrodita, oferecem uma condutividade iônica extremamente elevada e uma boa condutividade à temperatura ambiente, o que pode melhorar eficazmente a eficiência de carga e descarga da bateria e o seu desempenho em termos de potência. Apresentam também boa compatibilidade com ânodos de lítio-metal, podem ajudar a suprimir o crescimento de dendritos de lítio e podem melhorar a segurança e a vida útil da bateria. No entanto, os eletrólitos de sulfureto são altamente sensíveis à humidade e ao oxigénio e são propensos à hidrólise e à oxidação. Por conseguinte, têm de ser produzidos e utilizados em ambientes secos e isentos de oxigénio. Os seus custos são também relativamente elevados e os processos de produção em grande escala requerem um maior desenvolvimento.
Espaço reservado para imagem
Em comparação com as baterias de lítio convencionais, as baterias de estado sólido oferecem uma maior densidade energética e maior segurança, contribuindo para satisfazer as exigências dos consumidores quanto a uma maior autonomia e maior segurança nos produtos eletrónicos e nos veículos elétricos. Apresentam amplas perspetivas de aplicação em veículos movidos a energias renováveis, eletrónica de consumo e armazenamento de energia. As baterias de estado sólido são consideradas uma direção fundamental para a tecnologia futura das baterias, e inúmeras fabricantes de automóveis e de baterias estão a investir ativamente neste campo.
À medida que estas empresas avançam com os seus projetos de baterias de estado sólido, prevê-se que a procura por eletrólitos para baterias de estado sólido aumente substancialmente, o que, por sua vez, impulsionará a procura por torres de secagem por pulverização específicas para este fim. Uma vez que as baterias de estado sólido impõem requisitos rigorosos às propriedades do pó eletrolítico, tais como a distribuição granulométrica, a pureza e o grau de secagem, a Jiangsu Longxin tem vindo a inovar e desenvolveu uma torre de secagem por pulverização específica para eletrólitos de baterias de estado sólido. Ao controlar com precisão o processo de secagem, o sistema melhora a eficiência da secagem, reduz o consumo de energia e otimiza os indicadores de qualidade — incluindo a distribuição granulométrica, a pureza e a estabilidade — para satisfazer os requisitos de desempenho da produção de baterias de estado sólido.
O novo equipamento pode ser adaptado aos requisitos específicos do processo de diferentes eletrólitos de baterias de estado sólido e satisfazer as necessidades de secagem de vários materiais durante a produção em massa. Por exemplo, os eletrólitos sólidos de sulfureto utilizados em processos de elétrodo seco são extremamente sensíveis a solventes orgânicos polares e requerem equipamento de secagem capaz de garantir uma secagem completa e resíduos mínimos de solvente. Através de um controlo preciso dos parâmetros e de um funcionamento estável, a inovadora torre de secagem por pulverização ajuda a alcançar um elevado grau de consistência entre lotes nas propriedades do pó do eletrólito, contribuindo para rendimentos mais elevados e maior consistência na produção de baterias de estado sólido, ao mesmo tempo que reduz os custos e reforça a competitividade no mercado.
Novo secador por pulverização com fluxo de ar para pó ultrafino de eletrólito de bateria de estado sólido à base de polímeros
À medida que a procura por baterias de alto desempenho continua a crescer nos veículos movidos a energias alternativas, nos sistemas de armazenamento de energia e noutros setores, as baterias de estado sólido têm vindo a atrair uma atenção generalizada como uma importante linha de desenvolvimento para a tecnologia de baterias da próxima geração. Os eletrólitos poliméricos para baterias de estado sólido são um componente essencial destas baterias, e prevê-se que a sua escala de produção cresça rapidamente com a expansão da indústria das baterias de estado sólido. Isto irá criar amplas oportunidades de mercado para os secadores por pulverização com fluxo de ar dedicados aos eletrólitos poliméricos.
O desenvolvimento de eletrólitos de polímero para baterias de estado sólido requer uma exploração contínua de novas formulações de materiais e processos de fabrico, com vista a melhorar o desempenho dos eletrólitos. O secador por pulverização com fluxo de ar da Jiangsu Longxin é um sistema avançado para a produção de pós ultrafinos e oferece vantagens como secagem rápida e granulometria uniforme, em comparação com os métodos de secagem convencionais. Este sistema permite melhorar a eficiência de produção e a qualidade dos eletrólitos para baterias de estado sólido à base de polímeros, além de viabilizar a produção industrial em grande escala.
(1) Princípio de funcionamento do secador de eletrólito para baterias de estado sólido de polímero
O secador por pulverização com fluxo de ar utiliza uma corrente de gás a alta velocidade para atomizar o material líquido em gotículas finas. As gotículas entram em contacto total com o ar quente, trocam calor e evaporam rapidamente a humidade num curto espaço de tempo, produzindo um pó seco. O ar comprimido ou o vapor é ejetado do bocal a uma velocidade ≥300 m/s. O atrito gerado pela diferença de velocidade entre o gás e o líquido fragmenta a solução eletrolítica da bateria de estado sólido de polímero em gotículas finas. As gotículas entram em contacto com o ar quente, a humidade evapora-se rapidamente e forma-se um pó ultrafino.
(2) Características do equipamento do secador por pulverização com fluxo de ar e eletrólito polimérico
Secagem eficaz:
O sistema permite secar pós finos à escala micrométrica. As partículas apresentam uma distribuição granulométrica normal relativamente estreita e acentuada, boa uniformidade e granulometria ajustável. O pó ultrafino resultante, utilizado como eletrólito em baterias de estado sólido à base de polímeros, apresenta elevada qualidade e desempenho estável, contribuindo para satisfazer os requisitos de produção das baterias de estado sólido.
Sistema avançado de atomização:
Uma estrutura inovadora de atomização por fluxo de ar, como um mecanismo de deslocamento com orifício duplo, proporciona uma atomização em duas fases e gotículas uniformes. O bocal pode ser revestido com diamante, proporcionando uma resistência ao desgaste substancialmente maior e uma vida útil mais longa do que os bocais convencionais em SUS304.
Sistema de controlo preciso:
O sistema dispõe de modos de controlo automático e manual. Um ecrã tátil a cores apresenta dinamicamente parâmetros do processo, tais como a temperatura do ar de entrada, a temperatura do ar de saída, a velocidade da bomba peristáltica, o caudal de ar e a frequência da agulha de limpeza. O controlo PID de temperatura constante permite o ajuste em tempo real e o controlo preciso do processo de secagem, ajudando a garantir a estabilidade e a consistência do produto.
Fácil manutenção:
O conjunto de atomização não contém juntas de plástico nem motor elétrico, o que garante uma longa vida útil e facilita a desmontagem e a limpeza. Algumas configurações incluem um limpador de bicos que remove automaticamente os bloqueios, com uma frequência da agulha de limpeza ajustável automaticamente.
Ampla aplicabilidade:
O equipamento permite processar soluções de eletrólitos para baterias de polímero em estado sólido, bem como emulsões, suspensões e outras soluções. É também adequado para a secagem de vários materiais sensíveis ao calor e consegue concluir a secagem de forma quase instantânea, ajudando a preservar, na medida do possível, os ingredientes ativos e o desempenho dos materiais.
(3) Vantagens da aplicação do secador por pulverização com fluxo de ar para eletrólitos poliméricos
Melhor desempenho da bateria:
O pó ultrafino do eletrólito de polímero para baterias de estado sólido produzido pelo sistema apresenta uma distribuição granulométrica favorável e elevada pureza, contribuindo para melhorar a condutividade iónica e o desempenho eletroquímico das baterias de estado sólido. Isto permite aumentar a densidade energética, a eficiência de carga e descarga e a vida útil, reforçando a competitividade no mercado das baterias de estado sólido.
Apoio à produção em grande escala:
A elevada capacidade de secagem e o desempenho estável permitem que o equipamento satisfaça os requisitos da produção industrial em grande escala, apoiando a industrialização das baterias de estado sólido e a utilização mais generalizada das baterias de estado sólido de polímero em veículos elétricos, armazenamento de energia e outras aplicações.
Apoio à I&D e à inovação:
No que diz respeito ao desenvolvimento de novos materiais, o sistema pode ser atualizado com capacidade de secagem por pulverização a baixa temperatura, permitindo a secagem por pulverização numa ampla gama de temperaturas, entre 35 e 280 °C. Isto facilita a investigação sobre o desempenho e os processos de fabrico de eletrólitos poliméricos para baterias de estado sólido em diferentes condições de temperatura e contribui para acelerar o desenvolvimento e a inovação de novos materiais.
Secador por pulverização multifuncional, centrífugo e com fluxo de ar, para eletrólitos de baterias de estado sólido de óxido compósito multicomponente
N.º da patente: ZL 2023 2 1168225.9
O mercado das baterias de estado sólido está a crescer rapidamente. As previsões indicam que a procura global de baterias de estado sólido crescerá a uma taxa de crescimento anual composta de 133% entre 2024 e 2030. Espera-se que isto aumente substancialmente a procura por eletrólitos de óxido composto multicomponente para baterias de estado sólido e incentive as empresas a investir em secadores por pulverização multifuncionais, tanto centrífugos como de fluxo de ar, para a produção em grande escala. À medida que os requisitos de desempenho e segurança das baterias de estado sólido aumentam, as especificações relativas ao tamanho das partículas dos pós ultrafinos dos eletrólitos estão a tornar-se mais rigorosas. Ao melhorar a estrutura do equipamento e otimizar os parâmetros do processo, o secador por pulverização multifuncional centrífugo e de fluxo de ar para pós ultrafinos da Jiangsu Longxin proporciona um controlo mais preciso do tamanho das partículas para eletrólitos de baterias de estado sólido compostos por óxidos multicomponentes, ajudando a garantir a consistência do produto e a melhorar o desempenho e a segurança das baterias.
(1) Composição estrutural do secador por pulverização multifuncional centrífugo e com fluxo de ar para eletrólito de óxido
Sistema de atomização:
O secador por pulverização multifunções pode ser equipado com um atomizador centrífugo, um atomizador de fluxo de ar ou um atomizador de pressão. O ar quente entra através da conduta de ar quente, passa por um canal de retificação do tipo vórtice e é conduzido para a torre de secagem por pulverização através das saídas de ar quente. O atomizador centrífugo está instalado acima das saídas de ar quente. Para mudar para um atomizador de pressão ou de fluxo de ar, basta substituir o conjunto de atomização. Caso um único atomizador de pressão ou de fluxo de ar não consiga satisfazer os requisitos de capacidade, podem ser instaladas lanças de pulverização adicionais no interior do anel interno do conduto de ar quente. Através de uma simples troca, o sistema pode realizar a secagem por pulverização centrífuga ou a secagem por pulverização de pressão/fluxo de ar, proporcionando um funcionamento prático sem um aumento substancial no custo do equipamento.
Sistema de admissão de ar:
O sistema de entrada de ar é composto por um filtro de ar, um aquecedor, um espiral de entrada e um distribuidor de ar quente. O filtro de ar remove impurezas e poeira, impedindo que estas entrem no produto de eletrólito de estado sólido à base de óxido e afetem a qualidade. O aquecedor eleva a temperatura do ar filtrado até ao valor definido e fornece o calor necessário para a secagem. O serpentino de entrada e o distribuidor de ar quente conduzem o ar quente para a torre de secagem e promovem um contacto eficaz com as gotículas atomizadas, melhorando a eficiência da secagem.
Unidade principal de secagem:
A torre de secagem constitui o núcleo do sistema, e a sua estrutura interna influencia diretamente o contacto entre o ar quente e as gotículas, bem como a eficiência global da secagem. A torre tem, geralmente, uma forma cilíndrica, sendo a sua altura e diâmetro determinados pela escala de produção e pelos requisitos do processo. Os dispositivos internos de orientação do fluxo de ar ajudam a criar um contacto eficaz em corrente paralela ou de fluxo misto entre o ar quente e as gotículas, tornando a secagem mais uniforme e eficiente.
Sistema de recolha de pó:
O secador por pulverização multifuncional centrífugo e de fluxo de ar para pós ultrafinos utiliza um filtro de mangas com jato pulsante com câmara de ar para remover partículas finas de poeira do gás carregado de poeira. A eficiência de remoção de poeira pode, geralmente, atingir 99,81 TP3T ou mais, com elevada eficiência de captura mesmo para partículas da ordem dos microns. O sistema cumpre normas rigorosas de emissões ambientais e reduz a poluição ambiental resultante das emissões de poeira.
Sistema de controlo:
Um sistema de controlo avançado regula os parâmetros ao longo de todo o processo de secagem, incluindo a temperatura do ar de entrada, a temperatura do ar de saída, a velocidade do atomizador e o caudal de alimentação, contribuindo para garantir uma secagem estável e fiável. O sistema de controlo inclui, geralmente, controladores de temperatura, controladores de pressão, controladores de caudal e variadores de frequência. Proporciona controlo e monitorização automatizados e pode ajustar-se automaticamente aos parâmetros de secagem ideais, de acordo com as propriedades do material e os requisitos de secagem.
(2) Características de desempenho do secador por pulverização multifuncional centrífugo e com fluxo de ar com eletrólito de óxido
Secagem rápida:
Ao utilizar tanto a atomização centrífuga como a atomização por fluxo de ar, o sistema dispersa o material líquido em gotículas finas e aumenta substancialmente a área de contacto com o ar quente. A humidade pode, assim, evaporar-se rapidamente, melhorando significativamente a eficiência da produção. O sistema é particularmente adequado para a secagem de materiais sensíveis ao calor, tais como pós ultrafinos de eletrólitos de baterias de estado sólido à base de óxido, ajudando a prevenir a degradação do material ou a perda de desempenho durante a secagem prolongada.
Ampla aplicabilidade:
O secador por pulverização multifuncional centrífugo e de fluxo de ar pode processar soluções de baixa viscosidade, bem como suspensões ou emulsões de alta viscosidade e materiais que contenham partículas sólidas. Oferece boa adaptabilidade a materiais eletrolíticos para baterias de estado sólido à base de óxidos, com diferentes propriedades e composições, e consegue satisfazer diversos requisitos de produção.
Elevada flexibilidade operacional:
Os utilizadores podem optar pela atomização centrífuga ou por fluxo de ar, consoante as propriedades do material e os requisitos de secagem, ou alternar entre os métodos de atomização durante a secagem para obter os melhores resultados. Os parâmetros do equipamento também podem ser ajustados e otimizados de acordo com as condições reais, tornando o funcionamento simples e fácil de dominar.
Bom desempenho ambiental:
Um sistema eficiente de recolha de pó e equipamento de tratamento de gases de escape recolhem eficazmente o pó seco, reduzem as emissões de poeira e purificam os gases de escape, de modo a diminuir o impacto ambiental. Um sistema de recuperação de calor permite reutilizar o calor residual gerado durante a secagem, reduzindo assim o consumo de energia e contribuindo para a poupança de energia e a redução das emissões.
Secador por pulverização em circuito fechado para eletrólitos de baterias de estado sólido de sulfureto de alto desempenho
A procura por baterias de alto desempenho para veículos movidos a novas fontes de energia continua a aumentar, em resposta às exigências de grande autonomia e carregamento rápido. As baterias de estado sólido estão bem posicionadas para satisfazer estas exigências. À medida que a produção de veículos movidos a novas fontes de energia continua a aumentar, prevê-se que a procura por eletrólitos de sulfeto para baterias de estado sólido aumente em conformidade, impulsionando o crescimento do mercado de secadores associado.
Os eletrólitos de sulfureto para baterias de estado sólido são sensíveis ao ar e à humidade e estão sujeitos a oxidação. O secador por pulverização de circuito fechado da Jiangsu Longxin incorpora designs e funções especiais, incluindo vedação hermética, proteção com gás inerte e secagem a baixa temperatura, para evitar que os eletrólitos de sulfureto sejam contaminados ou se degradem durante a secagem. Com mais de dez anos de experiência no setor das novas energias, a Longxin Smart fornece sistemas de secagem eficientes, economizadores de energia e inteligentes, bem como soluções inovadoras para clientes que utilizam eletrólitos de sulfureto. Está disponível uma gama diversificada de modelos e configurações de equipamentos para satisfazer os requisitos desde a investigação laboratorial até à produção industrial em grande escala, incluindo secadores de laboratório, secadores em escala piloto e grandes secadores industriais.
(1) Princípio de funcionamento do secador por pulverização de circuito fechado com eletrólito de sulfureto
O secador por pulverização de circuito fechado utiliza um gás inerte, como o azoto, como meio de circulação. O material líquido do eletrólito da bateria de estado sólido à base de sulfureto é conduzido até ao bocal por uma bomba de alimentação e atomizado em gotículas finas. No interior da torre de secagem, as gotículas trocam calor de forma completa com o azoto quente, fazendo com que a parte líquida evapore instantaneamente e o material sólido se transforme em pó. Durante este processo, o solvente orgânico evapora-se e entra no sistema de recuperação na forma de gás, onde é condensado, separado e recuperado para reutilização. Todo o processo de secagem decorre num ambiente selado.
(2) Vantagens técnicas do secador por pulverização de circuito fechado com eletrólito de sulfureto
Melhoria do desempenho do material:
A secagem por pulverização permite formar partículas de eletrólito de baterias de estado sólido à base de sulfureto com morfologia e dimensões específicas, tais como partículas à escala nanométrica, aumentando a área superficial específica e melhorando a condutividade iónica e o desempenho eletroquímico.
Estrutura do material controlado:
A temperatura, a humidade, a velocidade do fluxo de ar e outros parâmetros podem ser controlados com precisão durante a secagem, a fim de regular a estrutura cristalina e a microestrutura dos materiais eletrolíticos das baterias de estado sólido à base de sulfuretos. Isto contribui para melhorar a estabilidade, as propriedades mecânicas e a compatibilidade com os materiais dos elétrodos, melhorando o desempenho global da bateria.
Secagem eficaz:
Os materiais eletrolíticos para baterias de estado sólido à base de sulfuretos podem ser rapidamente secos, transformando-se em pós ou grânulos uniformes com boa fluidez e dispersibilidade, o que facilita o processamento e a aplicação subsequentes. O controlo preciso das condições de secagem também ajuda a evitar a aglomeração, a deformação ou a decomposição durante o processo, garantindo a qualidade e o desempenho do produto.
Elevado nível de segurança:
Uma vez que se utiliza um gás inerte como meio de circulação, o material fica protegido do contacto com o oxigénio do ar. Isto ajuda a prevenir a oxidação do eletrólito sólido de sulfureto durante a secagem, reduz os riscos de incêndio e explosão e melhora a segurança do processo. O sistema é particularmente adequado para o processamento de solventes orgânicos inflamáveis ou explosivos e de materiais sensíveis ao ar.
Produção contínua:
O secador por pulverização de circuito fechado permite a produção contínua em grande escala, melhorando a eficiência e reduzindo os custos de produção, ao mesmo tempo que contribui para a industrialização dos eletrólitos de baterias de estado sólido à base de sulfuretos.
Elevado nível de automatização:
O sistema está equipado com um sistema de controlo avançado, que inclui controlo por PLC e uma interface tátil, para a visualização e controlo precisos de parâmetros como a temperatura do ar de entrada, a temperatura do ar de saída, a potência de frequência variável e a frequência da agulha de limpeza. Funções como o registo de dados, a análise de curvas, os alarmes e a proteção contra sobrecargas melhoram a automatização e a estabilidade do processo, reduzindo simultaneamente o trabalho manual e os erros de operação.
A Jiangsu Longxin está empenhada em promover a inovação tecnológica em equipamentos de secagem, sistemas térmicos industriais e equipamentos inteligentes, e valoriza a confiança que os nossos clientes depositam em nós. A propriedade intelectual é a base comum da Longxin Drying e dos seus clientes. No Grupo Longxin, defendemos a honestidade e a dedicação profissional como alicerces da nossa atividade, mantemos uma tolerância zero em relação às violações e tomamos medidas firmes contra qualquer conduta ilegal que viole os direitos de propriedade intelectual. Esta é a responsabilidade, obrigação e compromisso fundamentais da Jiangsu Longxin. Retribuiremos sinceramente a confiança dos nossos clientes e trabalharemos para eliminar todas as formas de violação.
