BR102012013440A2 - Processo de secagem para uma producão de custo efetivo de acumuladores de lítio - Google Patents

Abstract

PROCESSO DE SECAGEM PARA UMA PRODUÇÃO DE CUSTO EFETIVO DE ACUMUALDORES DE LÍTIO. A invenção se relaciona a um método para produzir os pacotes da bateria de lítio (formato grande), compreendendo as etapas de fornecer uma ou várias pilhas eletroquímcias, incorporar uma ou várias pilhas eletroquímcias em um malote, sear o malote parcialmente com uma várias pilhas eletroquímicas, introduzir o malote com uma ou várias pilhas eletroquímicas em um forno de secagem, descansar ou malote no forno de secagem por um tempo definido, remover o malote do forno de secagem, transferir os eletróilito e selar o malote onde as etapas da fabricação são executadas sob condições de um ambiente de fabricação normal, e somente as etapas críticas da fabricação selecionadas são executadas sob condições do quarto seco.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para: “PROCESSO DE SECAGEM PARA UMA PRODUÇÃO DE CUSTO EFETIVO DE ACUMULADORES DE LÍTIO”.

DESCRICÃO

A presente invenção se relaciona à fabricação de pilhas de lítio em formato grande 5 para pacotes de bateria.

É um problema conhecido na fabricação de pilhas de lítio para pacotes de bateria o fato de que as pilhas de lítio devem conter somente um mínimo de água, uma vez que a água conduz à corrosão e às reações adversas que por sua vez podem conduzir a uma perda no desempenho das respectivas pilhas, tais como a perda da capacidade, falta da capacidade de energia, etc.

O índice de água em uma pilha de lítio deve ser normalmente menor que 30 ppm. Geralmente, isto é alcançado manipulando os materiais e os processos sob condições estritamente secas. A maquinaria e os materiais são trazidos para quartos secos com umidade reduzida. Entretanto, a construção e a manutenção dos quartos secos de 15 tamanhos grandes que são capazes de receber o equipamento de fabricação necessário são de custo muito elevado.

Outro problema com quartos secos é que a equipe de funcionários, necessária para operar a maquinaria de fabricação, deve poder entrar e sair do quarto seco, sem interferir nas condições secas do quarto, apenas como o material necessário para o processo de 20 produção deve ser trazido no quarto seco. O corpo humano carrega quantidades substanciais de umidade nestes quartos secos. Uma vez aberto, por exemplo, para trazer a maquinaria, materiais ou pessoas, leva-se um longo tempo para alcançar outra vez as condições de trabalho do lítio, o que é contraproducente e torna o processo inteiro muito caro. Além disso, a umidade pode conduzir às dificuldades em controlar os processos de 25 fabricação e assim aos produtos de qualidade inferior. Também conduz a condições de trabalho mais difíceis para os empregados que são expostos às condições extremamente secas por períodos de tempo prolongados.

O que foi proposto para resolver os problemas acima mencionados é que os materiais para a fabricação da pilha de lítio são pré-secos antes que sejam trazidos aos quartos secos, reduzindo a quantidade de umidade incorporada. Entretanto, isto não resolve o problema geral que se levanta no fato de que volumes muito grandes do quarto seco devem ser criados e mantidos.

Consequentemente, há ainda uma necessidade de fornecer uma solução para a fabricação de pilhas de lítio de formato grande que supere eficazmente os problemas acima mencionados.

O que é proposto é um método para fabricar pacotes de baterias de lítio de formato grande, com as etapas de montar uma pilha de pilhas eletroquímicas, introduzindo a pilha montada em um malote, selando em parte o malote com a pilha de pilhas eletroquímicas, introduzindo o malote com a pilha de pilhas eletroquímicas em um forno de secagem, descansando o malote no forno de secagem por um tempo definido, transferindo os malotes secos a uma estação de preenchimento de eletrólito, preenchendo o malote com o eletrólito 5 e selando completamente o malote, este método difere do estado da técnica conhecido onde as etapas de fabricação são realizadas sob condições normais do ambiente de fabricação, e somente as etapas críticas selecionadas de fabricação são realizadas sob condições secas do quarto.

Este método permite a fabricação eficaz das pilhas de lítio de formato grande que 10 podem ser operadas em um ambiente de funcionamento normal, onde nenhum quarto seco é necessário, porque somente as partes críticas do processo de fabricação são mantidas sob condições secas do quarto com o ambiente seco do quarto restringido somente às máquinas selecionadas, como o forno de secagem e/ou o estação de preenchimento do eletrólito, que é mantido sob gás inerte ou ar seco.

Preferencialmente, a fração definida de etapas da fabricação consiste em introduzir,

descansar, e em transferir o malote do forno de secagem, mas pode também incluir o preenchimento do malote com eletrólito. O forno de secagem tem uma escala de temperatura de até 200°C, mas é mantido normalmente a 120 °C. A amplitude da pressão é 0 - 400 mbar abs., com tipicamente 50 mbar abs., constante ou variável. Finalmente, o 20 tempo de secagem varia de 1h a 100 horas., mas permanece tipicamente entre 12 horas e 48 horas.

Sob estas condições a água, a qual pode ser água adesiva, água porosa ou água cristalina difundirá fora das pilhas.

O forno pode consistir em uma câmara central a qual é construída por tecnologia do vácuo. Sua forma é irrelevante. O conceito pode ser modular. Para trazer as pilhas para dentro e para fora do forno de secagem, duas câmaras de vácuo podem ser fornecidas.

Dentro do forno de secagem as pilhas podem ser armazenadas em qualquer maneira conveniente e podem ser movidas durante a secagem ou não.

Para transferir o malote do forno de secagem à estação de preenchimento um túnel sob condições secas do quarto pode ser usado.

Em outra modalidade preferida, os malotes podem ser conduzidos continuamente com o processo de fabricação.

Pode ser indicado que a extração da água é um problema particular com pilhas de lítio de formato grande porque a extração da água se torna cada vez mais difícil com pilha de formato grande. Uma pilha de lítio de formato grande pode ser considerada uma pilha de lítio com dimensão de aproximadamente 10 cm ou mais em pelo menos uma dimensão. A dimensão pode ser muito maior. Um exemplo típico de uma pilha de lítio de formato grande pode ter a dimensão correspondente ao formato DIN A5 ou maior, mas os formatos possíveis não são limitados a um comprimento específico ao racionamento da largura. Uma pilha de lítio de formato grande compreende tipicamente pelo menos dois eletrodos, um anôdo e um cátodo e um separador arranjado entre o anôdo e o cátodo. Na configuração da 5 pilha dupla, uma pilha de lítio de formato grande compreende tipicamente um anôdo de dois lados, dois separadores arranjados em ambos os lados do anôdo e dois cátodos ou um cátodo de dois lados, os dois separadores arranjados em ambos os lados do cátodo e os dois anôdos. Cada eletrodo compreende um coletor, por exemplo, sob a forma de uma folha de metal e um material ativo do eletrodo. Uma grande variedade de materiais do coletor, de 10 materiais ativos do eletrodo e de materiais do separador é conhecida no estado da técnica. A invenção não é limitada a um material ou a uma combinação específica de material. A largura da abertura entre os coletores é tipicamente menor que 1 mm. A distância da difusão lateral típica a partir do meio do eletrodo à borda está entre 10 e 20 cm. O objetivo é ter a pilha em um estado seco homogêneo.

Para aumentar a secagem, um efeito especial “que bombeia o vapor de água para

fora da pilha” pode ser aplicado. As mudanças da pressão são aplicadas no forno. Por exemplo, a pressão é reduzida a 200 mbar abs. Após algum tempo, haverá um equilíbrio relativo à pressão de vapor da água na estrutura. Uma determinada parte é difundida fora da pilha, mesmo que este seja um processo lento. Para aumentar o transporte da água, a 20 pressão no forno é reduzida e o vapor da água é transportado para fora da pilha. A repetição deste ciclo conduz a um índice de água gradualmente mais baixa na pilha.

Além disso, o processo de secagem não deve conduzir a uma secagem total. Um pouco de água deve permanecer na pilha. Este pode ser, por exemplo, 300 ppm. Esta água residual deve ser drenada até atingir um valor < 30 ppm enchendo posteriormente no eletrólito.

O método como proposto pode ser usado para qualquer material na tecnologia da bateria de lítio, incluindo qualquer material do anôdo, material do cátodo, qualquer material do separador e qualquer eletrólito aplicável na tecnologia da bateria de lítio.

Outros aspectos e características podem ser considerados a partir da seguinte descrição não Iimitante de modalidades preferidas do método e do forno de secagem usados aqui, em referência às figuras anexas, mostrando:

Fig. 1 A vista esquemática de um forno de secagem redondo de vácuo; e Fig. 2. A vista esquemática de um conceito modular para um forno de secagem, com tubos de vácuo.

Na fig. 1 a vista esquemática de um forno de secagem redondo de vácuo 2 é

mostrada, com um tambor do forno 4 que é fechado na parte inferior mas abre na parte superior, e uma tampa do forno 6 para fechar o tambor do forno 4 de uma maneira hermética.

No segundo plano, um tubo de entrada 8 é mostrado e no primeiro plano um tubo de saída similar 10, através do qual as bandejas (não mostradas) com células de bateria de lítio 12 podem entrar no tambor do forno 4. Nesta modalidade particular, os raios com as 5 células de bateria são movidos para fora do tambor do forno em uma corrente de movimento contínuo 14, que poderia ter o curso substituído por todos os outros meios para mover as células de bateria dentro e fora do forno 2.

As células de bateria de lítio de formato grande da fig. 1 em que estão sendo movidas para dentro e para fora do forno 2, compreende a pilha de eletrodos que foram introduzidos em um malote, que foi selado parcialmente ao entrar no forno de secagem 2.

Na modalidade mostrada na fig. 1, o malote parcialmente selado com pilhas do eletrodo que formam as células de bateria é movidos lentamente entre a corrente de movimentação 14 que entram no forno 2 através do tubo de entrada 8, e a corrente 14, deixando o forno através do tubo de saída 10 de uma maneira controlada por tempo a uma 15 temperatura de 120°C, uma pressão de 50 mbar abs., que pode ser constante ou variável, por um tempo de secagem entre 12 horas e 48 horas.

Na fig. 2 a vista esquemática de um conceito modular para um forno de secagem

16, consistindo de tubos de vácuo 18 é mostrada. Como pode ser visto no plano de fundo da fig. 2, as células de bateria 12 são movidas outra vez nas correntes de movimentação 14 no 20 forno 16, isto é, os tubos de vácuo 18, através de um fechamento da entrada 20 que tenha uma porta da entrada 22 e uma porta de saída 24. As células de bateria 12 são então movidas através dos tubos de vácuo 18 do forno 16 por um tempo definido, como descrito acima em referência a fig. 1 já, e deixam o forno através de outro fechamento de saída 26, tendo uma porta de entrada 28 e uma porta de saída 30.

Da porta de saída 30, as células de bateria secas são movidas através de um túnel

de transferência 32, que é mantido sob uma atmosfera seca por meio de um gás inerte ou de um ar seco, a uma estação de preenchimento do eletrólito 34, que na modalidade mostrada na fig. 2 num compartimento de vidro o qual é mantido sob atmosfera seca também.

Desta estação de preenchimento do eletrólito 34, as células de bateria movem-se

em uma estação de manipulação 36.

Na instalação da fig. 2 somente o forno 16, o túnel de transferência 32 e a estação de preenchimento do eletrólito 34 são mantidos sob condições secas do quarto de modo que não há nenhuma necessidade posterior de construir os quartos secos de tamanho grande em que os pacotes de bateria são fabricados.

Claims (12)

1. Método para fabricação de pacotes de bateria de lítio de formato grande, caracterizado por compreende as etapas de: fornecer uma ou mais pilhas eletroquímicas; incorporar uma ou mais pilhas eletroquímicas em um malote; selando parcialmente o malote com uma ou várias pilhas eletroquímicas; introduzir no malote uma ou várias pilhas eletroquímicas em um forno de secagem; descansar o malote no forno de secagem por um tempo definido; remover o malote do forno de secagem; transferir os malotes secos a uma estação de preenchimento do eletrólito; preencher o malote com o eletrólito; e selar o malote, onde as etapas de fabricação são executadas sob condições de um ambiente de fabricação normal, e somente etapas críticas selecionadas da fabricação são executados sob condições secas do quarto.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as etapas críticas selecionadas da fabricação compreendem as etapas de introduzir, descansar e remover os malotes do forno de secagem.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por posteriormente a etapa de fabricação de preencher o malote com o eletrólito é executada sob condições do quarto seco.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o malote é transferido do forno de secagem à estação de preenchimento através de um túnel sob condições do quarto seco.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por os malotes são movidos continuamente com o processo de fabricação.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por as condições do quarto seco são mantidas por meio de um gás seco ou de um ar seco.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o forno de secagem é mantido sob o vácuo e onde as etapas de introduzir no malote e de remover o malote do forno de secagem são executadas através das câmaras de vácuo respectivas.

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por cada uma de uma ou várias pilhas eletroquímicas compreende pelo menos dois eletrodos e pelo menos um separador.

9. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o vácuo dentro do forno de secagem sofre variação em relação ao tempo em que o malote descansa dentro do forno, para alcançar um efeito de bombeamento.

10. Aparelho para fabricação pacotes de bateria de lítio (formato grande), caracterizado por o aparelho compreende entre outros: um forno de secagem, uma estação de preenchimento de eletrólito; e uma estação de selagem do malote, todos estes são ligados por meio de um sistema de transporte do malote, em que o forno de secagem, a estação de preenchimento de eletrólito e a estação de selagem do malote compreendem volumes de fabricação selados para preenchimento com ar seco ou um gás inerte.

11. Aparelho de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por o forno é um forno de pressão a vácuo, com uma câmara de vácuo na entrada e na saída respectivamente.

12. Aparelho de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por o forno de secagem é um forno de pressão a vácuo variável.