Sfide durante il litio

Jun 22, 2023

Rahul Bollini sta scrivendo una serie di articoli in cui spiega le sfide affrontate durante la realizzazione dell'impianto di produzione di celle agli ioni di litio, che dovrebbero essere rilevanti per qualsiasi azienda che entra in questo campo. Questo articolo (parte 6 della serie) spiega le sfide affrontate dall'azienda produttrice di celle agli ioni di litio durante la pianificazione dell'espansione e della diversificazione.

L'espansione per lo stesso tipo di produzione di celle avviene generalmente in modo modulare, il che significa che vengono aggiunte più linee dello stesso tipo di attrezzatura se l'impianto è già completamente automatizzato. Nel caso in cui l'impianto non sia completamente automatizzato, viene implementata l'automazione per aumentare la produzione delle apparecchiature esistenti.

Una minore automazione consente una maggiore flessibilità nell'output desiderato ma con alcune limitazioni. Ad esempio, la capacità di 15 Ah (modello di durata del ciclo superiore) e 16 Ah di LFP nella scansione con fattore di forma cilindrico 33140 può essere prodotta con la stessa attrezzatura. Con la stessa attrezzatura è possibile produrre anche celle con altezza inferiore e diametro simile, come 6Ah di LFP in formato cilindrico 32700 (sono necessarie alcune piccole modifiche e regolazioni). Inoltre, è possibile produrre celle con densità di energia gravimetrica (Wh) più elevate e più basse modificando il design della cella interna. Le celle LFP possono raggiungere valori molto prossimi a 200 Wh/Kg semplicemente utilizzando collettori di corrente più sottili e utilizzando più materiale attivo nella composizione del liquame di catodo e anodo. Ma ciò influisce sulla durata del ciclo, sulla resistenza interna, sulla velocità di ricarica e porterà a un aumento della temperatura maggiore durante il funzionamento.

Un impianto già ben automatizzato che funziona a pieno utilizzo della capacità non ha molto margine per aumentare la capacità produttiva. Quindi linee di dimensioni simili vengono aggiunte in più numeri per aumentare la capacità produttiva. Ci si potrebbe chiedere: qual è la differenza nell'attrezzatura degli impianti semiautomatici e completamente automatici? Per cominciare, la capacità del miscelatore sarebbe inferiore e le loro quantità sarebbero maggiori in un impianto semiautomatico per consentire varie formulazioni e varie velocità di miscelazione per produrre vari tipi di celle. D’altro canto, un impianto completamente automatico utilizzerebbe una capacità maggiore per garantire una maggiore omogeneità nella produzione e si concentrerebbe sulla realizzazione di un minor numero di modelli di celle.

Se l'integratore di sistema per l'espansione dell'impianto è diverso dal precedente, soprattutto durante l'aumento dei livelli di automazione, può rappresentare una sfida nel portare l'impianto a funzionare secondo la produzione desiderata. Potrebbero verificarsi alcuni ritardi e un maggiore spreco di materie prime e produzione. Con il cambiamento degli stili di automazione, ci sono cambiamenti negli stili di produzione e la forza lavoro necessita di ulteriore formazione per gestire questi cambiamenti.

Per un'azienda produttrice di celle, produrre una gamma diversificata di celle è fondamentale per soddisfare le esigenze di una gamma più ampia di applicazioni. A causa della loro maggiore densità di energia (gravimetrica e volumetrica), tensione, potenza e durata del ciclo, le batterie agli ioni di litio stanno diventando sempre più popolari. Di conseguenza, molte applicazioni stanno ora passando a queste batterie. Ma queste applicazioni richiedono diversi tipi di celle agli ioni di litio. Consideriamo una cella agli ioni di litio utilizzata in un telefono cellulare rispetto a quella utilizzata in un autobus elettrico. Queste due applicazioni richiedono fattori di forma, capacità e prodotti chimici diversi. Può essere difficile per un produttore di celle produrre per entrambi, ma selezionare applicazioni che utilizzano parametri simili per le celle agli ioni di litio è un compito più semplice.

Stesso fattore di forma, capacità/potenze diverse – Hai mai sentito parlare di cellula EV e cellula ESS? Prendiamo l'esempio di una cella prismatica LFP. Un produttore può produrre celle per veicoli elettrici in grado di fornire una potenza maggiore (tasso C) e avere una densità di energia più elevata (gravimetrica e volumetrica) ma con una durata del ciclo inferiore. Confrontatelo con le celle ESS dello stesso tipo prismatico LFP, che avrebbero una potenza inferiore e una densità di energia inferiore ma fornirebbero un ciclo di vita più elevato. I cambiamenti avvengono nel design della cella e nella tipologia dei materiali (simili ma con specifiche diverse) utilizzati.