Soluzioni di filtrazione dei liquidi nella produzione di batterie

Con la rapida crescita del settore delle batterie di potenza, la produzione richiede sempre più elevata purezza e pulizia dei liquidi. Piccole particelle metalliche, polvere o umidità possono influire sulle prestazioni e sulla sicurezza della batteria. La filtrazione dei liquidi, essenziale per la stabilità del processo, la resa del prodotto e la sicurezza, sta quindi diventando sempre più importante. Questo articolo esplora la filtrazione dei liquidi nella produzione e nel riciclaggio delle batterie di alimentazione, coprendo le soluzioni per la preparazione del materiale delle celle, il rivestimento dei separatori e la purificazione e il riciclaggio degli elettroliti.

1. Filtrazione dei liquidi nel processo di pretrattamento dei componenti strutturali delle batterie

Nella produzione di moduli e custodie per batterie di potenza, i componenti strutturali come gusci e vassoi in alluminio e acciaio inossidabile vengono sottoposti a pretrattamento (sgrassaggio, lavaggio, condizionamento superficiale, fosfatazione/passivazione e rivestimento elettroforetico) per rimuovere l'olio e garantire l'adesione del rivestimento. I sistemi di filtrazione dei liquidi fanno circolare e purificano le sostanze chimiche e le soluzioni di lavaggio, rimuovendo detriti metallici, particelle insolubili e prodotti di corrosione dalle tubazioni. Ciò impedisce intasamenti o danni ad apparecchiature come sistemi di spruzzatura e riscaldatori, prolungandone la durata e garantendo un trattamento efficace.

L'attrezzatura comunemente utilizzata include Alloggiamenti per filtri a sacco e cartuccia SS, tipicamente filtrando 5-50 μm. Il materiale dell'alloggiamento influisce sulla stabilità e sulla durata dell'apparecchiatura. L'acciaio inossidabile 316/316L, lo standard del settore, offre un'eccellente resistenza alla corrosione e alla pressione. La fusione e la lucidatura di precisione garantiscono una tenuta affidabile e una pressione stabile, consentendo una purificazione efficiente e continua del liquido del serbatoio.

La prestazione di filtraggio dipende principalmente dalla scelta del materiale della cartuccia filtrante pieghettata; un'elevata capacità di trattenere lo sporco è essenziale per prolungare la durata del filtro e ridurre i costi operativi. Cartuccia filtrante pieghettata in PP: Gestisce la maggior parte degli acidi e degli alcali a temperatura ambiente; conveniente. Cartuccia filtrante pieghettata a membrana in PTFE: Resistente agli acidi forti, agli alcali e ai solventi organici; ideale per ambienti altamente corrosivi. Cartuccia filtrante pieghettata a membrana PVDF: Altamente resistente al calore e agli agenti chimici; adatto a condizioni difficili. Alcuni sistemi utilizzano anche filtri di controlavaggio automatici per purificare l'acqua circolante o i fluidi detergenti, garantendo una produzione continua e riducendo la manutenzione.

In sintesi, la filtrazione dei liquidi nei processi di pretrattamento si basa non solo su un robusto alloggiamento in acciaio inossidabile ma anche sulla selezione ottimale dei media filtranti. Solo i materiali giusti possono garantire un filtraggio efficace, stabilizzare il processo di produzione e migliorare la qualità del film di vernice elettroforetica.

2. Filtrazione di liquidi nel rivestimento e nel trattamento delle acque reflue

Durante il rivestimento a spruzzo del modulo batteria, la vernice liquida produce acque reflue contenenti particelle di nebbia di vernice. Di solito viene pretrattato in una cabina a cortina d'acqua, quindi purificato profondamente utilizzando filtri a maniche in sistemi di filtrazione multistadio: un passaggio essenziale per il rispetto dell'ambiente. Sacchetti filtranti per liquidi, realizzati in poliestere (PET), nylon o polipropilene (PP), forniscono resistenza alla corrosione, elevata resistenza e precisione di filtrazione di 1–10 μm. La filtrazione multistadio riduce i solidi sospesi totali (TSS), migliora l'efficienza biochimica e della membrana MBR, riduce la manutenzione e consente il riutilizzo delle acque reflue, favorendo il risparmio energetico, la protezione ambientale e la produzione pulita.

3. Filtrazione di liquidi nella preparazione del materiale della batteria

1) Filtrazione del liquame con elettrodi positivi e negativi

I fanghi degli elettrodi positivi e negativi sono costituiti da materiali attivi, agenti conduttivi, leganti e solventi (come acqua o NMP). Hanno un'elevata viscosità e un alto contenuto di solidi. Devono essere rigorosamente filtrati prima del rivestimento per rimuovere gli aggregati di agente conduttivo/legante non dispersi, corpi estranei ambientali e particelle di gel. Ciò garantisce un rivestimento uniforme dell'elettrodo e impedisce alle particelle di grandi dimensioni di perforare il separatore durante l'avvolgimento o la laminazione, causando potenzialmente cortocircuiti interni.

A. Filtrazione grossolana: 50–100 μm, è possibile utilizzare l'alloggiamento del filtro multisacchetto. Scopo: rimuove gel e aggregati di particelle di grandi dimensioni, protegge l'elemento filtrante fine e garantisce un flusso stabile del liquame. Vantaggi: portata elevata, elevata capacità di trattenere lo sporco, resistenza chimica e costi di sostituzione e tempi di fermo ridotti.

B. Filtrazione fine: 5–15 μm, di grandi dimensioni, può utilizzare un alloggiamento del filtro pieghettato ad alto flusso. Scopo: trattiene le particelle fini, garantendo un rivestimento uniforme degli elettrodi, riducendo i difetti del rivestimento e migliorando la consistenza e la sicurezza delle celle della batteria. Vantaggi: alta precisione, elevata capacità di trattenere lo sporco, design pieghettato multistrato, resistenza chimica, alta differenza di pressione e tenuta affidabile. La filtrazione a due stadi purifica il liquame da grossolano a fine, migliorando la qualità del rivestimento, la sicurezza della batteria e l'efficienza produttiva. 

2) Filtrazione dell'elettrolita

L'elettrolita, il mezzo elettrochimico centrale delle batterie di alimentazione (ad esempio, LiPF® disciolto nel carbonato), è altamente sensibile all'umidità e alle particelle (soprattutto ioni metallici). La sua purezza influisce direttamente sulla durata del ciclo della batteria, sulla velocità di autoscarica e sulla sicurezza. La finezza del filtro è 0,1-0,45 μm (o anche inferiore) o quella dei comuni materiali filtranti: elementi filtranti pieghettati in PTFE, PVDF e PES (filtrazione superficiale della membrana). Requisiti di sistema: l'intero processo di filtrazione e trasferimento deve essere eseguito in un ambiente asciutto e sigillato (ad esempio riempito con argon). Gli alloggiamenti dei filtri e gli elementi filtranti devono utilizzare design a basso contenuto di ioni estraibili e di metalli (ad esempio, acciaio inossidabile 316L passivato) per prevenire la contaminazione secondaria. A differenza dei tradizionali sacchetti filtranti in feltro agugliati, gli elementi filtranti a membrana pieghettata ad alta precisione forniscono valori di filtrazione assoluti e sono la scelta principale per la purificazione dell'elettrolita, garantendo la purezza dell'elettrolita e prestazioni stabili della batteria.

3) Filtrazione del fluido di rivestimento del diaframma

I rivestimenti in ceramica o PVDF applicati alla superficie del diaframma possono migliorare significativamente la stabilità termica e la sicurezza della batteria. Il fluido di rivestimento deve essere filtrato con altissima precisione per rimuovere tutte le particelle di gel e le impurità, garantendo un rivestimento uniforme e privo di difetti. La precisione della filtrazione è 0,1-1 μm; i materiali filtranti più comuni sono filtri pieghettati polimerici ad alta precisione e purezza (come nylon, PES, PVDF) o filtri a membrana ceramica ultrapuliti. E i filtri metallici sinterizzati vengono utilizzati raramente in questo processo a causa del potenziale rilascio di ioni. Una filtrazione precisa è fondamentale per garantire la qualità del rivestimento del diaframma e la sicurezza della batteria.

4. Filtrazione di liquidi nel riciclaggio delle batterie di potenza

Nel riciclaggio a umido delle batterie usate, la filtrazione è fondamentale per la separazione solido-liquido e la purificazione della soluzione, incidendo direttamente sul recupero dei metalli e sulla purezza del prodotto.

1) Separazione dei residui di lisciviazione

I materiali frantumati delle batterie vengono lisciviati con soluzioni acide o alcaline, formando un impasto con impurità non disciolte. Le filtropresse a piastre e telaio e i filtri a nastro sono comunemente utilizzati per la separazione solido-liquido su larga scala e ad alta efficienza, producendo una soluzione ricca di ioni metallici come cobalto, nichel e litio.

2) Purificazione della soluzione

Durante l'estrazione, la precipitazione e la cristallizzazione, i filtri a maniche o a cartuccia forniscono la prefiltrazione per proteggere le apparecchiature di precisione. Per i sali di litio ad elevata purezza (ad esempio carbonato di litio e idrossido di litio), le membrane di microfiltrazione ceramica (MF) o ultrafiltrazione (UF) rimuovono colloidi submicronici e materia organica, migliorando la qualità del prodotto, il valore di riciclaggio e la protezione dell'ambiente.

Conclusione

La filtrazione dei liquidi è essenziale nella produzione e nel riciclaggio delle batterie di alimentazione: dal pretrattamento dei componenti alla sospensione degli elettrodi, all'elettrolita e ai fluidi di rivestimento dei separatori, fino al recupero delle risorse. Una corretta progettazione del filtraggio e apparecchiature di alta qualità garantiscono prestazioni, sicurezza e uniformità della batteria, riducendo al tempo stesso i costi e migliorando i benefici ambientali.