As baterias de íons de lítio são cada vez mais usadas em aplicações de alta potência, como veículos elétricos. Como a demanda por elas continua a crescer, os fabricantes de baterias de alta potência devem ser capazes de garantir a segurança e o desempenho delas por meio de medidas rígidas de controle de qualidade.
Uma solução útil para o controle de qualidade é o analisador XRF portátil. Aprenda sobre a importante função que eles desempenham em toda a cadeia de suprimentos da bateria de íons de lítio de alta potência para garantir que os padrões de teste de conformidade sejam atendidos de forma consistente em todas as etapas do processo.
O futuro é elétrico: inovando com baterias de íons de lítio de alta potência
Graças às suas vantagens de alta energia, alta tensão da bateria, uma ampla faixa de temperaturas de operação e longa vida de armazenamento, a bateria de íons de lítio é amplamente utilizada em vários equipamentos eletrônicos e elétricos. Na verdade, o valor do mercado global de baterias de íons de lítio está estimado em US$94,4 bilhões até 2025.
Um dos principais motivadores dessa adoção é a expansão da produção de veículos elétricos em todo o mundo; a bateria de íons de lítio de grande capacidade deverá servir como uma das principais fontes de energia de veículos elétricos no futuro. Hoje, os fornecedores de materiais, fabricantes de baterias de alta potência e fabricantes de veículos elétricos estão colaborando extensivamente na pesquisa e no desenvolvimento de baterias de íons de lítio com alta densidade de energia.
Os riscos das baterias de íons de lítio de alta potência na indústria automotiva
No entanto, com essas inovações vem uma preocupação crítica de segurança: as baterias de íons de lítio causam um número crescente de incidentes catastróficos, como incêndios e explosões. Geralmente, esses acidentes são causados por fatores internos e externos:
- Fatores internos, como a composição do material da bateria ou o processo de produção, podem afetar a segurança da bateria
- Fatores externos referem-se às más condições em que a bateria é usada, como sobrecarga e compressão, o que pode fazer com que a bateria se expanda, fumegue ou até mesmo pegue fogo
Curtos-circuitos são a causa da maioria dos acidentes com baterias de íon de lítio. O curto-circuito interno se refere ao contato não intencional entre os eletrodos positivo e negativo na bateria.
Isso é geralmente causado por:
- Impurezas metálicas introduzidas no processo de produção
- Rebarbas deixadas pelo corte de folhas de metal do eletrodo
- Dendritos de lítio formados pelo uso de bateria
- Prensagem e outros tipos de estresse mecânico inesperado
A falha da bateria de íons de lítio é causada por fontes diretas e indiretas.
O papel do XRF portátil na cadeia de suprimentos de baterias de íons de lítio de alta potência
Felizmente, os analisadores portáteis por XRF podem ajudar a detectar problemas introduzidos durante o processo de produção. Para demonstrar seu papel na cadeia de suprimento da bateria de íons de lítio, vejamos um exemplo:
O fabricante de bateria de íon de lítio A adquire vários analisadores portáteis por XRF Vanta™ Olympus para analisar e testar as principais matérias-primas para baterias e peças de contato da bateria em suas instalações de produção.
Analisadores portáteis por XRF Vanta Olympus.
Conforme os requisitos de conformidade, a concentração dos elementos metálicos (incluindo ferro, prata, cobalto, zinco, cobre, níquel e cromo) nos materiais do eletrodo da bateria de lítio está sujeita a certos limites. Esses limites são normalmente 30–50 ppm, porque objetos metálicos estranhos (mesmo uma quantidade muito pequena) nos materiais da bateria de lítio podem causar um curto-circuito quando a bateria está em uso.
Como resultado, a instalação de produção do fabricante A é estritamente obrigada a estar livre de quaisquer pedaços de metal espalhados para evitar que objetos metálicos sejam introduzidos por engano nos materiais do eletrodo da bateria.
O conteúdo de metal estranho pode causar a explosão de uma bateria de íon de lítio se for introduzida acidentalmente durante o processo de fabricação.
Mas o fabricante de bateria de lítio A e outros fabricantes do setor não são os únicos que precisam medir o teor de metais estranhos nos materiais.
Os fornecedores de matéria-prima do fabricante A e os fornecedores de equipamentos de fabricação de baterias também precisam fazer esse trabalho para garantir que o mesmo conjunto de padrões de teste seja seguido em toda a cadeia de fornecimento (tanto upstream quanto downstream). Consequentemente, o fornecedor de matéria-prima B do fabricante A comprou vários analisadores portáteis por XRF para realizar um trabalho de controle de qualidade semelhante.
Além disso, o fornecedor de equipamentos C fornece ao fabricante A equipamentos para produzir materiais de bateria, portanto, eles também são obrigados a realizar testes de controle de qualidade nesses componentes. Um exemplo é a lâmina do impulsor, conforme mostrado abaixo.
Os círculos vermelhos nas lâminas indicam as posições onde o fornecedor C precisa testar. A superfície da liga é revestida com carboneto de tungstênio. Se algum elemento metálico, como ferro ou cobre, for detectado no teste, a lâmina testada não atenderá aos requisitos. A experiência mostra que uma espessura de carboneto de tungstênio de pelo menos 50 µm pode atender aos requisitos.
Conforme exigido pelo fabricante A, a superfície de todos os equipamentos de produção deve ser revestida com carboneto de tungstênio com uma espessura de pelo menos 50 µm para evitar que a liga do equipamento seja exposta e comprometa a pureza dos materiais da bateria de lítio.
O fornecedor C também precisa realizar verificações de conformidade no carboneto de tungstênio adquirido e exigir que seu fornecedor de carboneto de tungstênio D faça o mesmo. Além disso, os materiais do eletrodo de lítio ternário comumente usados em baterias de íon de lítio podem ser reciclados quando as baterias atingirem o fim da vida útil. Usar um analisador portátil por XRF para testar e classificar baterias usadas também é uma boa prática para recicladores.
Como mostra o fluxograma a seguir, nossos analisadores portáteis por XRF podem ser muito úteis em todas as etapas da cadeia de suprimentos da bateria de íons de lítio.
Os analisadores portáteis por XRF podem beneficiar todas as partes da cadeia de suprimentos da bateria de íons de lítio.
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