¿Qué mezcladores son adecuados para materiales de baterías (polvos de cátodo/ánodo) para conservar la estructura de las partículas y la conductividad?
Para los materiales de baterías, los mezcladores deben distribuir de forma homogénea los materiales activos, los aditivos conductores y los aglutinantes, sin alterar de forma incontrolada las partículas sensibles, los recubrimientos o las estructuras de aglomerados. No existe un único tipo de mezclador adecuado para todas las aplicaciones. Lo decisivo son el paso del proceso, la formulación y la relación necesaria entre protección del producto y energía de dispersión.
Para los polvos de cátodo y ánodo de libre fluidez son especialmente adecuados los mezcladores cónicos verticales, los mezcladores verticales de precisión y los mezcladores de paletas o de rejas de arado de funcionamiento suave. Generan un movimiento de producto tridimensional con una solicitación mecánica comparativamente baja. Con ellos pueden homogeneizarse materiales activos como NMC, LFP, grafito o composites de silicio, sin provocar una abrasión innecesaria ni una trituración pronunciada.
Los mezcladores de volteo, de contenedores y en V son igualmente muy suaves. Son adecuados sobre todo para polvos de buena fluidez con propiedades físicas similares. Para la incorporación y la dispersión de aditivos conductores muy finos, como el negro de carbono, los CNT o el grafeno, a menudo no son suficientes. En estos casos puede ser necesario un paso de dispersión independiente y dosificado de forma selectiva.
Para los procesos de dry coating y de electrodo seco se emplean mezcladores intensivos en los que el transporte de producto y la dispersión local pueden controlarse por separado. El material activo se recircula con suavidad. Los aditivos conductores finos y los aglutinantes en polvo pueden incorporarse de forma selectiva. La energía de cizalla debe ajustarse de modo que los aglomerados de aditivo conductor se distribuyan suficientemente, sin solicitar innecesariamente el material activo ni los recubrimientos superficiales.
Para los slurries de ánodo y cátodo, los mezcladores planetarios de vacío, los mezcladores planetarios duales y los mezcladores intensivos por lotes con unidad de dispersión regulable son soluciones acreditadas. Combinan la recirculación lenta de masas de alta viscosidad con una dispersión selectiva del negro conductor, el aglutinante y otras fracciones finas. El vacío favorece la desgasificación del slurry y reduce las inclusiones de aire. Los recipientes de mezclado refrigerables limitan el aporte de calor y mejoran la reproducibilidad del proceso de recubrimiento.
Para los grandes procesos continuos pueden ser adecuados los sistemas continuos de dispersión y mezclado o los extrusores de doble husillo. Los requisitos son una dosificación gravimétrica precisa, un tiempo de permanencia definido y una supervisión robusta del proceso. La selección definitiva debe realizarse mediante ensayos con la formulación original. Solo así puede demostrarse que la estructura de partículas, la dispersión, la reología, la calidad del recubrimiento y el rendimiento eléctrico de la celda son compatibles entre sí.
Así resuelve amixon® esta tarea
Así mezcla amixon® los materiales de baterías: polvos de cátodo y de ánodo sin contaminación ni segregación. amixon® solo está parcialmente activa en el ámbito de la fabricación de slurries y de la microdesaglomeración de masas activas de batería secas. La actividad, con mucho, más amplia de amixon® se centra en la homogeneización de materias primas, en particular cuando se trata de mezclar de forma técnicamente ideal lotes de hasta 100 m³. Para ello se emplean silos mezcladores Gyraton®. Generan calidades de mezcla ideales con accionamientos mínimamente pequeños. El proceso de homogeneización se extiende a lo largo de varias horas. La combinación de dos movimientos es el secreto de las calidades de mezcla ideales: la rotación de una herramienta de mezclado helicoidal SinConcave®/SinConvex® y la precesión del eje del órgano mezclador. Solo cuando las materias de entrada están homogéneas puede explotarse la ruta de proceso posterior de forma económica: sin fluctuaciones de calidad y con la mejor eficiencia posible.
La protección contra la contaminación empieza en el material
La abrasión metálica es, en los materiales de baterías, un criterio de calidad excluyente. amixon® hace frente a esto en varias etapas: materiales resistentes al desgaste (Hardox, aceros inoxidables dúplex), herramientas de mezclado endurecidas o con recubrimiento de metal duro, y recubrimientos cerámicos por plasma en las superficies solicitadas. El funcionamiento a bajas revoluciones (desde aproximadamente 0,8 m/s de velocidad periférica) reduce la generación de abrasión en el origen: la energía de fricción y de impacto se mantiene mínima.
Conservación de la estructura y de los aditivos
Las formulaciones de cátodo y de ánodo contienen componentes sensibles: negros conductores, recubrimientos, partículas esféricas. El flujo total SinConvex® homogeneiza sin zonas de cizalla ni de impacto; la calidad de mezcla es la mezcla aleatoria técnicamente ideal, también con diferencias extremas de densidad y de tamaño de grano (entorno de referencia de la pulvimetalurgia: relaciones de densidad superiores a 1:20, partículas de 2 a 70 µm). Los elementos ComDisc® o el vaciado en segundos del KoneSlid® KS evitan la segregación durante la descarga.
Seguridad: zona 20 e inertización
La cámara de mezclado está dimensionada para la zona ATEX 20; si se desea, se trabaja bajo vacío y se inertiza el material a mezclar, lo cual es relevante tanto para los polvos finos inflamables como para los materiales activos sensibles a la oxidación. Los aparatos herméticos al gas (VMT, AMT hasta 5 mbar abs.) mantienen las atmósferas de disolvente de forma segura dentro del sistema y permiten el secado-mezclado al vacío en el mismo aparato.
Tamaños constructivos hasta la escala de gigafactory
Desde el mezclador de centro de ensayos, pasando por el mezclador de doble eje HM (rango estándar hasta 20 m³, tamaños especiales hasta 50 m³), hasta el Gyraton® GM, que mezcla expresamente también masas de batería en lotes de 10 a unos 100 m³ de forma precisa y suave. amixon® aporta previamente en el centro de ensayos, con producto original, las pruebas de abrasión, de calidad de mezcla y de inertización, documentadas, incluyendo la analítica de partículas y de contaminación del explotador.
Verificación en el centro de ensayos de amixon®
Antes de la inversión está la comprobación: en el centro de ensayos de amixon® en la sede central de Paderborn hay disponibles más de 30 instalaciones de prueba de distintos tamaños constructivos, complementadas con centros de ensayos en Japón, India, Tailandia, China, Corea del Sur y los Estados Unidos. Los ensayos se realizan con el producto original, con grados de llenado y tamaños de lote reales, en el rango de temperatura y de presión previsto. Se evalúan la calidad de mezcla, la protección del producto, el aporte de energía, la limpiabilidad y la reproducibilidad para el posterior funcionamiento en serie; los resultados se analizan y se documentan junto con los expertos de amixon®, como base de decisión fiable que despeja los riesgos técnicos y económicos antes de la compra.
El diseño higiénico como base constructiva
Todas las propiedades mencionadas se apoyan en el diseño higiénico de amixon®: la cámara de mezclado y el órgano mezclador están soldados y pulidos sin juntas, el órgano mezclador está apoyado únicamente en la parte superior, con lo que desaparece el paso de eje inferior, crítico para la contaminación. Las grandes puertas de inspección Clever-Cut®, con junta OmgaSeal® permanentemente libre de espacios muertos, hacen accesibles de forma ergonómica todas las superficies en contacto con el producto; los órganos de descarga sin espacios muertos y las lanzas de lavado integradas (con limpieza en húmedo totalmente automática si se desea) hacen validables tanto la limpieza en seco como la limpieza en húmedo, conforme a las directrices EHEDG, las directrices de higiene de la FDA y los 3-A Sanitary Standards.