Cinque modi intelligenti per migliorare la produzione di batterie per veicoli elettrici

Soluzioni per la dosatura di precisione dei fluidi nella produzione di batterie EV

Le batterie e i sistemi di gestione delle batterie sono il cuore dei veicoli elettrici di oggi. Questi componenti definiscono le prestazioni, la sicurezza e l'autonomia di guida di oltre 16,5 milioni diⁱ veicoli elettrici attualmente in circolazione.

Mentre i produttori di veicoli elettrici e di batterie continuano a cercare modi per aumentare l'efficienza e la velocità dei propri processi produttivi, molti si rivolgono a Nordson EFD in cerca di soluzioni per l’erogazione controllata dei fluidi. Le valvole EFD per la dosatura con e senza contatto e i sistemi di dosatura automatizzati aiutano le aziende del settore a produrre batterie ad alte prestazioni e prive di difetti, avvalendosi di velocità di produzione più elevate ed applicando quantità precise di fluido entro strette tolleranze di dimensione del deposito e posizionamento.

Con il passaggio del mercato dei trasporti a soluzioni di propulsione elettrica, il produttore intelligente si concentra sul miglioramento della qualità e della produttività del proprio processo di realizzazione di veicoli elettrici. Per raggiungere obiettivi ambiziosi, le aziende devono adottare tecniche di produzione efficienti.

La padronanza del processo di dosatura automatizzata dei fluidi nella produzione di celle per batterie e nell'assemblaggio di batterie EV consente di ottenere efficienza di produzione e qualità elevata dei battery packs. Tuttavia, determinare come un’accurata dosatura dei fluidi possa offrire vantaggi produttivi nella realizzazione di batterie EV ed identificare dove concentrare l’attenzione, può essere difficile. Gli imprenditori possono influire sul processo di produzione delle batterie EV focalizzandosi su queste cinque fasi:

1. Per la produzione di celle, allineare con precisione i componenti chiave per migliorare le prestazioni complessive e la durata della batteria.
   
   
2. Per la produzione di celle, garantire un riempimento preciso dell'elettrolito per le buone prestazioni e la stabilità complessive della cella.
   
   
3. Per l'assemblaggio dei moduli e dei battery pack, utilizzare un metodo controllato e automatizzato per la dosatura del materiale di interfaccia termica (TIM), al fine di evitare la fuga termica, condizione fondamentale per la sicurezza complessiva del pacco batterie
   
   
4. Per l'assemblaggio di moduli e battery pack, riducete il tempo di ciclo e aumentate la ripetibilità e l'accuratezza dell'operazione di incollaggio delle celle della batteria al vassoio della batteria, per aumentare la resa produttiva e risparmiare tempo prezioso.
   
   
5. In tutte le aree di produzione, è necessario essere all'altezza delle sfide future rimanendo flessibili nei metodi di produzione e adattandosi alle nuove sostanze chimiche e tecnologie delle batterie.
   
   
1. Per la produzione di celle, allineare con precisione i componenti chiave per migliorare le prestazioni complessive e la durata della batteria.

 



Il posizionamento preciso e la quantità di adesivo durante il processo di produzione della batteria hanno un forte impatto sulla funzionalità, la qualità e la durata della batteria stessa.

 

 

Affinché la tecnologia delle batterie funzioni come previsto, è necessario mantenere un allineamento preciso tra catodo, anodo e separatore. L'esperienza di Nordson EFD nella dosatura dei fluidi è essenziale quando si tratta di identificare la soluzione corretta per l'applicazione esatta e uniforme dell'adesivo, al fine di facilitare la precisione dell'allineamento degli strati della batteria all'interno della cella. Concentrandosi sulla fase di erogazione precisa della colla, i produttori possono raggiungere in modo efficiente gli obiettivi di sicurezza (evitando i cortocircuiti della batteria), conferendo al contempo qualità costruttiva alla batteria e risparmiando sugli scarti.

 

Per questo compito, il sistema jetting PICO Pµlse XP offre molti vantaggi per la produzione di batterie, perché consente ai produttori di erogare fluidi in modo accurato, ripetuto e preciso. Grazie alla regolazione della corsa a livello di micron (µm) (un capello umano è circa 70 micron), questo sistema è in grado di dosare fluidi in modo uniforme per lunghi periodi di tempo, indipendentemente dai fattori ambientali. Inoltre, il sistema può applicare micro-depositi di dimensioni pari a 0,5 nL a velocità fino a 1000Hz (depositi al secondo) in modo continuo.

 



Il sistema per la dosatura a getto Nordson EFD PICO Pµlse XP offre molti vantaggi ai produttori di batterie EV, tra cui una maggiore accuratezza, ripetibilità e precisione nell'erogazione dei fluidi.

 

 

2. Per la produzione di celle, garantire un riempimento preciso dell'elettrolita per le buone prestazioni e la stabilità complessive della cella.
   
   

Il riempimento preciso dell'elettrolito è importante per i produttori di batterie, perché l'uso di un elettrolito sufficiente a bagnare i componenti contribuisce alle prestazioni ottimali delle celle. Gli elettroliti sono noti per essere fluidi aggressivi, quindi un'attenta manipolazione del materiale è essenziale per ottenere risultati soddisfacenti. Il produttore intelligente presta particolare attenzione alla scelta delle valvole per questo processo, che devono essere in grado di resistere alla natura aggressiva dell'elettrolita senza richiedere frequenti sostituzioni delle valvole.

 



L'utilizzo di pratiche di produzione efficienti è importante per raggiungere gli obiettivi di produzione e aumentare i rendimenti, in particolare per la produzione di celle agli ioni di litio per le batterie dei veicoli elettrici.

 

 

Per questa applicazione, Nordson consiglia ai produttori di utilizzare una valvola a mini-diaframma serie 702. Questa valvola è particolarmente indicata per il riempimento delle camere elettrolitiche, in quanto garantisce un'erogazione senza gocciolamenti. Le valvole a mini-diaframma presentano un design particolare che elimina le bolle d'aria intrappolate e garantisce un'erogazione rapida e pulita. Le valvole a mini-diaframma 702 offrono una regolazione della corsa resistente alle manomissioni, prestazioni costanti da una dosata all’altra e una maggiore produttività. Inoltre, le valvole della serie 702 permettono agli utenti di montare più valvole per piastra di fissaggio e di erogare fluidi in spazi più ristretti, consentendo una maggiore produttività.

 



La minivalvola a membrana della serie 702 è ideale per il riempimento con elettroliti, perché è in grado di resistere alla natura aggressiva di questi fluidi senza richiedere frequenti sostituzioni della valvola.

 

 

3. Per l'assemblaggio dei moduli e dei battery pack, utilizzare un metodo controllato e automatizzato per la dosatura del materiale di interfaccia termica (TIM), al fine di evitare la fuga termica, condizione fondamentale per la sicurezza complessiva del pacco batterie.
   
   

La fuga termica è una reazione a catena all'interno di una cella della batteria che comporta un rapido aumento della temperatura della batteria stessa. Si verifica quando la temperatura all'interno della batteria raggiunge un punto tale da provocare una reazione chimica al suo interno. Questa reazione chimica produce più calore, facendo aumentare la temperatura e provocando ulteriori reazioni chimiche che generano altro calore.

 



La fuga termica è una minaccia significativa per la sicurezza di un pacco batterie e per il veicolo elettrico in funzione. Un metodo per prevenire le fughe termiche è l'uso di materiali di interfaccia termica (TIM), poiché il materiale assorbe il calore dalle batterie surriscaldate.

 

 

Le cause della fuga termica includono

• Un cortocircuito interno causato da un danno fisico alla batteria o da una scarsa manutenzione della stessa.
• Sovraccaricare una batteria oltre il suo voltaggio massimo di sicurezza (ad esempio, per estendere la distanza percorsa da un'auto elettrica). Questo può danneggiare in modo permanente la batteria e portare a un esaurimento termico.
• Ricarica rapida perché la ricarica rapida può provocare correnti eccessive.
• Infine, le temperature al di fuori della regione di sicurezza, sia sul lato basso che su quello alto, degradano le prestazioni della batteria. Questo porta a danni irreversibili alla batteria e al possibile innesco della reazione.

 

La fuga termica è una minaccia significativa per la sicurezza di un pacco batterie e per il veicolo elettrico in funzione. Un metodo per prevenire le fughe termiche è l'uso di materiali di interfaccia termica (TIM), poiché il materiale assorbe il calore dalle batterie surriscaldate. Per ottenere questo risultato, gli ingegneri progettisti devono calcolare e applicare con precisione la giusta quantità della formulazione TIM selezionata nei punti esatti del modulo batteria e del pacco batteria. Si tratta di un'operazione in cui l'uso di una tecnologia di erogazione dei fluidi all'avanguardia può prevenire la fuga termica.

 



L'utilizzo di una pompa a cavità progressiva 797PCP-2K per automatizzare l'erogazione di TIM offre ai produttori un processo preciso e ripetibile.

 

 

La tecnologia Nordson EFD consente di automatizzare la dosatura di TIM utilizzando le capacità di erogazione del fluido delle pompe a cavità progressiva 797PCP-2K. La garanzia di qualità offerta da questa tecnologia è la dosatura precisa della giusta quantità di fluido in modo ripetibile — un aspetto particolarmente importante nell’applicazione di TIM.

 

4. Per l'assemblaggio di moduli e battery pack, riducete il tempo ciclo e aumentate la ripetibilità e l'accuratezza dell'operazione di incollaggio delle celle della batteria al vassoio della batteria per aumentare la resa produttiva e risparmiare tempo prezioso.
   
   

L'utilizzo di pratiche di produzione efficienti è importante per raggiungere gli obiettivi prefissati e aumentare la resa produttiva. Il modo in cui si incollano le celle della batteria al vassoio può fare la differenza in termini di efficienza e risultati. Per l'incollaggio di celle e vassoi, i produttori possono sfruttare la velocità e l'accuratezza offerte dalla dosatura senza contatto, con conseguente riduzione degli scarti e aumento del rendimento.

 



Per l'incollaggio di celle e vassoi, i produttori possono sfruttare la velocità e l'accuratezza offerte dalla dosatura senza contatto, che consente inoltre di ridurre gli scarti e aumentare la produttività.

 

 

Una soluzione per la dosatura senza contatto come jetting PICO Pµlse di Nordson EFD può fare la differenza tra l'incollaggio ripetibile di celle e vassoi di batterie e la lotta contro frustranti errori di produzione. Grazie alla tecnologia modulare e intercambiabile della valvola jetting PICO Pµlse, i produttori possono applicare micro-depositi precisi e ripetibili a 1000Hz in modo continuo, con punte di 1500Hz.

 

L'erogazione uniforme di adesivi con PICO Pµlse offre un valore aggiunto ai produttori di batterie EV, perché consente di utilizzare la giusta quantità di fluido per l'incollaggio al vassoio senza alcuna eccedenza. Inoltre, le aziende possono ridurre i costi dei materiali perché la dosatura precisa del fluido utilizza la giusta quantità di adesivo per l'operazione specifica.

 

Le aziende non solo scoprono di poter ottimizzare l'incollaggio delle celle al vassoio della batteria, ma possono anche ridurre i tempi di ciclo. Le aree di erogazione difficili da raggiungere, come le complesse strutture a nido d'ape presenti in molti moduli batteria, possono rappresentare una sfida per l'incollaggio e l'erogazione, ma le valvole a getto abbinate al giusto sistema di dosatura automatizzata offrono la flessibilità necessaria per applicare fluidi e adesivi su quasi tutte le geometrie dei vassoi delle batterie.

 

5. In tutte le aree di produzione, è necessario essere all'altezza delle sfide future rimanendo flessibili nei metodi di produzione e adattandosi alle nuove sostanze chimiche e tecnologie delle batterie.
   
   

Attualmente, le batterie agli ioni di litio sono la tecnologia di alimentazione prevalente per i veicoli elettrici. Ma la natura dinamica delle forze di mercato e delle tecnologie dirompenti fa sì che i costruttori di batterie attenti tengano d'occhio le formulazioni chimiche emergenti. Tra queste, le batterie allo stato solido e le celle a combustibile.

 



Le varie linee di prodotti del gruppo Nordson offrono soluzioni per ogni fase della produzione di batterie EV: Le tecnologie Nordson EFD per la dosatura dei fluidi aiutano i produttori a essere all'avanguardia con lo sviluppo di nuove sostanze chimiche per le batterie, grazie al fatto che possono venire utilizzate per produrre ogni tipo di cella.

 

 

I produttori che utilizzano la tecnologia Nordson EFD per la dosatura dei fluidi si trovano in una posizione di forza nel momento in cui i metodi di produzione delle batterie si evolvono verso una qualsiasi di queste configurazioni, questo poiché le nostre soluzioni di dosatura vengono utilizzate per produrre vari tipi di geometria delle celle. Inoltre, Nordson EFD e le varie famiglie Nordson sono attivamente impegnate nella ricerca sulle innovazioni della prossima generazione di batterie, così come delle diverse caratteristiche chimiche e tecnologie delle celle.

Mentre la tecnologia delle batterie può evolversi, il vostro investimento nelle soluzioni per la dosatura dei fluidi è pronto a muoversi con i cambiamenti del vostro processo di produzione, poiché ha la flessibilità di essere utilizzato con celle dalle caratteristiche chimiche, geometriche e tecnologiche differenti.

Conclusione

Mentre il mondo abbraccia le batterie EV come fonte di energia del futuro, i produttori intelligenti saggiamente analizzano i sistemi utilizzati per costruire le batterie per le esigenze di trasporto di domani. Sanno che concentrarsi su questi cinque compiti offre un forte ritorno sugli investimenti, in un panorama produttivo in rapida evoluzione:

1. Per la produzione di celle, allineare con precisione i componenti chiave per migliorare le prestazioni complessive e la durata della batteria.
   
   
2. Per la produzione di celle, garantire un riempimento preciso dell'elettrolito per le buone prestazioni e la stabilità complessive della cella
   
   
3. Per l'assemblaggio dei moduli e dei battery pack, utilizzare un metodo controllato e automatizzato per la dosatura del materiale di interfaccia termica (TIM), al fine di evitare la fuga termica, condizione fondamentale per la sicurezza complessiva del pacco batterie.
   
   
4. Per l'assemblaggio di moduli e battery pack, riducete il tempo ciclo e aumentate la ripetibilità e l'accuratezza dell'operazione di incollaggio delle celle della batteria al vassoio della batteria, per aumentare la resa produttiva e risparmiare tempo prezioso.
   
   
5. In tutte le aree di produzione, è necessario essere all'altezza delle sfide future rimanendo flessibili nei metodi di produzione e adattandosi alle nuove sostanze chimiche e tecnologie delle batterie.
   
   

Concentrandosi su questi aspetti del del processo produttivo, la vostra azienda produrrà batterie ad alte prestazioni con un ciclo di vita lungo, massimizzando la resa produttiva. Inoltre, avrete la flessibilità e la competenza tecnica necessarie per gestire i cambiamenti che la rivoluzione elettrica comporta

Come sempre, uno specialista esperto in applicazioni di dosatura dei fluidi può aiutarvi a trovare la migliore soluzione di erogazione possibile per la vostra applicazione su batterie EV. Non esitate a contattarci via e-mail all'indirizzo [email protected] per ulteriori informazioni.

Risorse

Applicazioni per l'industria dei veicoli elettrici (EV)

Capacità di produzione di celle per batterie Nordson

Battery Show Europe 23-25 maggio 2023 Stoccarda, Germania

ⁱPaoli, Leonardo. Electric Vehicles – Analysis - IEA. International Energy Agency (IEA). IEA Electric Vehicles, Technology Deep Dive. Tracking Report – September 2022.

Muge Deniz Meiller

Muge Deniz Meiller, Global Market Development Manager, è responsabile dello sviluppo del mercato globale presso Nordson EFD. Si occupa di consolidare e far crescere le opportunità per EFD nei settori dei veicoli elettrici e delle scienze della vita, in particolare nel mercato delle batterie per veicoli elettrici e dei dispositivi per la diagnostica medica. Muge vanta oltre 13 anni di esperienza nella gestione di prodotti e mercati. È entrata a far parte di Nordson EFD nel 2018.