Le ^rhéomètre pour poudres FT4 est un instrument polyvalent qui peut être utilisé dans les processus de fabrication d'électrodes de batteries li-ion humides et solides. L'analyse complète de l'écoulement des poudres peut contribuer à améliorer l'efficacité des batteries, à optimiser la densité d'empaquetage des électrodes, à prolonger la durée de vie des batteries et, dans les procédés par voie humide, à contrôler les agglomérats et la dispersibilité des boues.

Cette note d'application décrit comment le ^rhéomètre à poudre FT4 peut être utilisé pour développer des spécifications afin d'améliorer le rendement des électrodes pour les procédés humides utilisant une boue de matière active.

Détermination de spécifications robustes pour les poudres

Les batteries lithium-ion (Li-ion) sont une technologie avancée qui jouera un rôle clé dans la tendance vers des solutions d'électrification industrielle renouvelables et durables. Les applications dans l'automobile, le stockage de l'énergie dans les réseaux et l'électronique grand public devraient encore stimuler la croissance dans les années à venir.

La figure 1 montre un processus de fabrication typique pour les batteries Li-ion. Les matériaux actifs de l'anode et de la cathode sont transformés en boue avant d'être recouverts, calandrés et séchés. Ces étapes ultérieures dépendent fortement de la qualité de la boue produite au début du processus.

Les caractéristiques de la suspension dépendent du comportement de la matière active, du liant et des solvants au cours du processus de mélange. La finesse du grain, la viscosité et la teneur en matières solides sont des propriétés essentielles pour garantir un rendement élevé. Une dispersion uniforme du contenu solide (matières actives) avec un minimum d'agglomération est essentielle pour obtenir un produit final de haute qualité.

Cette note d'application montre comment le ^rhéomètre pour poudres FT4 peut déterminer les propriétés clés d'un matériau d'électrode de batterie, ce qui permet de définir des spécifications de poudres robustes.

Étude de cas sur la caractérisation des poudres cathodiques

Le _LiFePO4 (LFP) est un matériau cathodique couramment utilisé dans l'industrie automobile. Même si la chimie reste la même, des variations mineures dans les propriétés physiques des lots de LFP peuvent avoir une incidence considérable sur les performances de fabrication et le rendement. Dans cette étude de cas, il a été constaté que les lots de LFP provenant de trois fournisseurs différents se comportaient différemment au cours de la fabrication, ce qui a entraîné des variations de la qualité et du rendement. Des échantillons de chaque lot ont été analysés à l'aide du ^rhéomètre à poudre FT4 afin de déterminer si les propriétés rhéologiques pouvaient être utilisées pour spécifier les matières premières optimales.

L'énergie spécifique et la perméabilité sont deux propriétés rhéologiques qui peuvent influencer la façon dont une poudre se mélange et se disperse.

• L'énergie spécifique (SE) quantifie le degré d'imbrication mécanique et de friction entre les particules. Des valeurs plus faibles sont généralement associées à des particules plus régulières et sphériques.
• La perméabilité décrit la capacité d'une poudre à libérer ou à retenir l'air entraîné. Une valeur de perte de charge plus élevée indique une perméabilité réduite.

La figure 2 montre les valeurs SE pour les trois lots. La valeur plus faible pour le lot 1 indique une réduction de l'imbrication mécanique et de la friction entre les particules. Cela suggère que les particules sont moins susceptibles de s'agglomérer et peuvent se disperser plus uniformément. L'expérience de fabrication a montré que le lot 1 a effectivement produit une boue plus homogène, ce qui a permis d'augmenter le rendement de la production d'électrodes. Les lots 2 et 3 ont généré des valeurs SE plus élevées et ont présenté des performances irrégulières lors de la fabrication, notamment des blocages entraînant des temps d'arrêt du système et des produits non conformes aux spécifications.

La figure 3 montre les profils de perméabilité pour les trois matériaux, rapportés sous forme de chute de pression. Le lot 1 génère en fait la valeur de perte de charge la plus élevée, ce qui suggère une perméabilité réduite. Dans ce scénario, la perte de charge plus élevée est la conséquence d'un lit de poudre efficacement tassé, qui empêche la transmission de l'air. Ce phénomène est généralement associé à des matériaux qui peuvent s'écouler et se distribuer efficacement, ce qui renforce la corrélation observée avec les performances du procédé et les valeurs SE.

Conclusion

Les résultats suggèrent que les poudres moins perméables, avec un faible degré d'imbrication mécanique et de friction, conviennent mieux au processus de production de boues, ce qui se traduit par un meilleur rendement. L'approche multivariée du ^rhéomètre pour poudres FT4 permet d'identifier les propriétés pertinentes et de les quantifier avec précision, ce qui permet de définir des spécifications solides pour les poudres.