Améliorer les performances des batteries et réduire le temps de mélange avec le mélangeur planétaire NETZSCH PMH

Temps de mélange et économie d'énergie

Réduction du temps de mélange

Pendant les tests de validation, NETZSCH a réduit le temps de mélange de manière significative, d'un facteur 2 pour le mélange de l'anode et d'un facteur 3 pour le mélange de la cathode. Les mélangeurs planétaires NETZSCH (PMH) ont mélangé la boue en 120 minutes (anode) et 160 minutes (cathode) et ont fourni une performance de meilleure qualité. Pourquoi les mélangeurs planétaires NETZSCH étaient-ils si performants et comment fonctionne un mélangeur planétaire ?

Amélioration des performances grâce à une meilleure phase de malaxage dans le processus de mélange

Des tests récents ont montré des améliorations significatives de la performance des batteries grâce à la phase de malaxage optimisée pendant le processus de mélange avec le PMH NETZSCH. Une distribution plus homogène du matériau est obtenue par le malaxage, ce qui conduit aux avantages suivants :

• Une meilleure performance : Le mélange uniforme des composants permet une meilleure connectivité des matériaux, améliorant ainsi l'efficacité globale de la batterie. L'énergie est ainsi transférée plus efficacement, ce qui permet d'augmenter la capacité et la durée de vie de la batterie.
• Percolation élevée de la charge : L'homogénéité améliorée facilite également la percolation de la charge au sein de la structure de l'électrode. Cela permet un transport de charge plus efficace, réduisant la résistance et permettant des cycles de charge plus rapides sans compromettre la stabilité de la batterie.

Ces améliorations mettent en évidence le rôle critique d'une phase de malaxage bien exécutée, montrant des avantages clairs en termes de performance et de gestion de l'énergie.

Anodes en silicium dans les batteries du futur

Relever les défis du mélange et de la formation d'hydrogène

Les anodes en silicium suscitent un intérêt croissant pour les futures batteries en raison de leur potentiel de performance supérieur. Cependant, les mélangeurs planétaires conventionnels posent souvent des problèmes au cours du processus de mélange, notamment en raison des forces de cisaillement élevées qu'ils génèrent. Ces forces peuvent fracturer le composite graphite-silicium sensible, entraînant des effets secondaires indésirables tels que la formation d'hydrogène.

Les mélangeurs planétaires conventionnels, qui reposent sur des disques de dispersion à cisaillement élevé (figure 7, à gauche), peuvent endommager des composants cruciaux tels que les liants ou les matériaux actifs. Il en résulte des performances de batterie compromises et une dégradation des matériaux. En revanche, les outils de mélange NETZSCH sont spécifiquement conçus pour minimiser les forces de cisaillement tout en permettant un processus de malaxage plus doux et plus contrôlé. Cette conception permet au mélangeur de fonctionner à des vitesses plus élevées sans endommager la structure du liant de la suspension de la batterie ou déclencher la production d'hydrogène.

Un autre exemple pratique des avantages des techniques de mélange avancées est la préparation de boues d'anode à base d'eau contenant de la carboxyméthylcellulose (CMC), un polymère à longues chaînes et à masse moléculaire élevée. Les mélangeurs planétaires conventionnels exercent souvent une contrainte mécanique excessive sur ces chaînes de polymères, provoquant leur fragmentation. Cela entraîne des changements indésirables dans la viscosité de la suspension, tels que l'épaississement par cisaillement, qui rend la suspension impropre aux processus de revêtement ultérieurs.

En revanche, les outils de mélange innovants de NETZSCH appliquent une action de pétrissage plus douce qui préserve l'intégrité des chaînes de CMC. Cette approche maintient une viscosité constante de la suspension, assurant un mélange homogène et produisant un revêtement uniforme de la matière active. Le résultat est une bouillie de haute qualité qui améliore les performances des batteries sans les risques associés aux méthodes conventionnelles de mélange à fort cisaillement.

Du laboratoire à l'usine Gigafactory

Mixage évolutif pour chaque scène

Pour accélérer le développement de nouvelles chimies de batteries, le mélangeur planétaire PMH de NETZSCH est disponible dans une gamme de tailles, du laboratoire aux modèles pilotes et de production à grande échelle. L'un des principaux avantages des mélangeurs NETZSCH est le rapport constant entre le diamètre de la cuve et les outils de mélange, quelle que soit la taille de la machine. Cette uniformité assure une mise à l'échelle transparente et efficace d'une taille de machine à l'autre, permettant des transitions plus rapides au cours du processus de développement.

En outre, notre équipe dédiée aux batteries et notre laboratoire de pointe fournissent un soutien expert, aidant les clients à développer et à optimiser la chimie des cellules pour atteindre leurs objectifs de performance.

Flexibilité

Cependant, le PMH n'est pas limité à une seule technologie. Sa conception spéciale et sa grande flexibilité dans le changement des outils de mélange permettent au mélangeur planétaire d'être utilisé pour diverses autres applications dans l'industrie des batteries, ce qui garantit la sécurité du processus. Un mélangeur ou une installation peut couvrir de multiples applications, notamment

• Différents types de chimie cellulaire avec des fluctuations de la teneur en solides (par exemple LFP, LMFP, NMC, ...)
• Mélange de piles à l'état solide avec des viscosités élevées
• La production de matériaux d'isolation thermique pour les modules de batterie
• Mélange rapide d'électrodes de batteries sèches sans solvant, avec changement flexible des géométries
• Batteries sodium-ion

En fonction de l'application, les outils de mélange peuvent être changés en quelques minutes par le client et aucun service n'est nécessaire.