Solutions de filtration de liquides dans la fabrication de batteries

Avec la croissance rapide du secteur des batteries de puissance, la production exige de plus en plus une pureté et une propreté élevées des liquides. De minuscules particules métalliques, de la poussière ou de l'humidité peuvent affecter les performances et la sécurité de la batterie. La filtration des liquides, essentielle à la stabilité du processus, au rendement du produit et à la sécurité, devient ainsi de plus en plus importante. Cet article explore la filtration des liquides dans la fabrication et le recyclage des batteries électriques, couvrant les solutions pour la préparation des matériaux des cellules, le revêtement des séparateurs, ainsi que la purification et le recyclage des électrolytes.

1. Filtration des liquides dans le processus de prétraitement des composants structurels de la batterie

Dans la fabrication des modules et des boîtiers de batteries de puissance, les composants structurels tels que les coques et les plateaux en aluminium et en acier inoxydable subissent un prétraitement (dégraissage, lavage, conditionnement de surface, phosphatation/passivation et revêtement électrophorétique) pour éliminer l'huile et garantir l'adhérence du revêtement. Les systèmes de filtration de liquides font circuler et purifient les produits chimiques et les solutions de lavage, éliminant ainsi les débris métalliques, les particules insolubles et les produits de corrosion des pipelines. Cela évite le colmatage ou les dommages aux équipements tels que les systèmes de pulvérisation et les chauffages, prolongeant ainsi leur durée de vie et garantissant un traitement efficace.

L'équipement couramment utilisé comprend Boîtiers de filtres à poches et à cartouches SS, filtrant généralement 5 à 50 μm. Le matériau du boîtier affecte la stabilité et la durée de vie de l'équipement. L'acier inoxydable 316/316L, la norme de l'industrie, offre une excellente résistance à la corrosion et à la pression. Le moulage et le polissage de précision garantissent une étanchéité fiable et une pression stable, permettant une purification efficace et continue du liquide du réservoir.

Les performances de filtrage dépendent principalement du choix du matériau de la cartouche filtrante plissée ; une capacité élevée de rétention des impuretés est essentielle pour prolonger la durée de vie du filtre et réduire les coûts d’exploitation. Cartouche filtrante plissée PP: Gère la plupart des acides et alcalis à température ambiante ; rentable. Cartouche filtrante plissée à membrane PTFE: Résistant aux acides forts, aux alcalis et aux solvants organiques ; idéal pour les environnements très corrosifs. Cartouche filtrante plissée à membrane PVDF: Très résistant à la chaleur et aux produits chimiques ; adapté aux conditions difficiles. Certains systèmes utilisent également des filtres de lavage à contre-courant automatiques pour purifier l'eau en circulation ou les liquides de nettoyage, garantissant ainsi une production continue et réduisant la maintenance.

En résumé, la filtration des liquides dans les processus de prétraitement repose non seulement sur un boîtier robuste en acier inoxydable, mais également sur la sélection optimale des médias filtrants. Seuls les bons matériaux peuvent garantir une filtration efficace, stabiliser le processus de production et améliorer la qualité du film de peinture électrophorétique.

2. Filtration des liquides dans les revêtements et le traitement des eaux usées

Lors du revêtement par pulvérisation du module de batterie, la peinture liquide produit des eaux usées contenant des particules de brouillard de peinture. Il est généralement prétraité dans une armoire à rideau d'eau, puis purifié en profondeur à l'aide de filtres à manches dans des systèmes de filtration à plusieurs étages - une étape essentielle pour le respect de l'environnement. Sacs filtrants pour liquides, fabriqués à partir de polyester (PET), de nylon ou de polypropylène (PP), offrent une résistance à la corrosion, une résistance élevée et une précision de filtration de 1 à 10 μm. La filtration en plusieurs étapes réduit le total des matières en suspension (TSS), améliore l'efficacité des membranes biochimiques et MBR, réduit la maintenance et permet la réutilisation des eaux usées, favorisant ainsi les économies d'énergie, la protection de l'environnement et la production propre.

3. Filtration des liquides dans la préparation des matériaux de batterie

1) Filtration de boue d'électrode positive et négative

Les suspensions d'électrodes positives et négatives sont constituées de matériaux actifs, d'agents conducteurs, de liants et de solvants (tels que l'eau ou la NMP). Ils ont une viscosité élevée et une teneur élevée en matières solides. Ils doivent être rigoureusement filtrés avant le revêtement pour éliminer les agrégats d'agent conducteur/liant non dispersés, les corps étrangers environnementaux et les particules de gel. Cela garantit un revêtement uniforme de l'électrode et empêche les grosses particules de percer le séparateur pendant le bobinage ou le laminage, provoquant potentiellement des courts-circuits internes.

A. Filtration grossière : 50 à 100 μm, peut utiliser un boîtier de filtre multi-sacs. Objectif : élimine les gros agrégats de particules et les gels, protège l'élément filtrant fin et assure un débit de boue stable. Avantages : débit élevé, capacité de rétention élevée des impuretés, résistance chimique et coûts de remplacement et de temps d'arrêt réduits.

B. Filtration fine : 5 à 15 μm, de grande taille, peut utiliser un boîtier de filtre plissé à haut débit. Objectif : retient les particules fines, garantissant un revêtement uniforme des électrodes, réduisant les défauts de revêtement et améliorant la cohérence et la sécurité des cellules de batterie. Avantages : haute précision, capacité de rétention élevée de la saleté, conception plissée multicouche, résistance chimique et différentiel de pression élevé, et étanchéité fiable. La filtration en deux étapes purifie la boue de grossière à fine, améliorant ainsi la qualité du revêtement, la sécurité de la batterie et l'efficacité de la production. 

2) Filtration électrolytique

L'électrolyte, le milieu électrochimique de base des batteries de puissance (par exemple, LiPF? dissous dans du carbonate), est très sensible à l'humidité et aux particules (en particulier les ions métalliques). Sa pureté a un impact direct sur la durée de vie de la batterie, le taux d’autodécharge et la sécurité. La finesse du filtre est de 0,1 à 0,45 μm (ou même inférieure) ou les matériaux filtrants courants : éléments filtrants plissés PTFE, PVDF et PES (filtration de surface membranaire). Exigences du système : L'ensemble du processus de filtration et de transfert doit être effectué dans un environnement sec et scellé (par exemple, rempli d'argon). Les boîtiers de filtre et les éléments filtrants doivent utiliser des conceptions à faible teneur en matières extractibles et en ions métalliques (par exemple, en acier inoxydable 316L passivé) pour éviter la contamination secondaire. Contrairement aux sacs filtrants en feutre aiguilleté traditionnels, les éléments filtrants à membrane plissée de haute précision offrent des indices de filtration absolus et constituent le premier choix pour la purification de l'électrolyte, garantissant la pureté de l'électrolyte et des performances stables de la batterie.

3) Filtration du fluide de revêtement de diaphragme

Les revêtements céramiques ou PVDF appliqués sur la surface du diaphragme peuvent améliorer considérablement la stabilité thermique et la sécurité de la batterie. Le fluide de revêtement doit être filtré avec une extrêmement haute précision pour éliminer toutes les particules de gel et impuretés, garantissant ainsi un revêtement uniforme et sans défauts. La précision de la filtration est de 0,1 à 1 μm ; Les matériaux filtrants courants sont des filtres plissés en polymère de haute précision et de haute pureté (tels que le nylon, le PES, le PVDF) ou des filtres à membrane en céramique ultra-propres. Et les filtres métalliques frittés sont rarement utilisés dans ce processus en raison du potentiel de libération d’ions. Une filtration précise est essentielle pour garantir la qualité du revêtement du diaphragme et la sécurité de la batterie.

4. Filtration des liquides dans le recyclage des batteries électriques

Dans le recyclage humide des batteries électriques usagées, la filtration est cruciale pour la séparation solide-liquide et la purification de la solution, affectant directement la récupération des métaux et la pureté du produit.

1) Séparation des résidus de lixiviation

Les matériaux de batterie broyés sont lessivés avec des solutions acides ou alcalines, formant une suspension contenant des impuretés non dissoutes. Les filtres-presses à plaques et cadres et les filtres à bande sont couramment utilisés pour la séparation solide-liquide à grande échelle et à haute efficacité, produisant une solution riche en ions métalliques comme le cobalt, le nickel et le lithium.

2) Purification des solutions

Pendant l'extraction, la précipitation et la cristallisation, les filtres à manches ou à cartouche assurent une préfiltration pour protéger les équipements de précision. Pour les sels de lithium de haute pureté (par exemple, le carbonate de lithium et l'hydroxyde de lithium), les membranes de microfiltration en céramique (MF) ou d'ultrafiltration (UF) éliminent les colloïdes submicroniques et la matière organique, améliorant ainsi la qualité du produit, la valeur de recyclage et la protection de l'environnement.

Conclusion

La filtration des liquides est essentielle dans la production et le recyclage des batteries électriques, depuis le prétraitement des composants jusqu'à la suspension d'électrodes, l'électrolyte et les fluides de revêtement de séparateur, et enfin à la récupération des ressources. Une conception de filtration appropriée et un équipement de haute qualité garantissent les performances, la sécurité et la cohérence de la batterie, tout en réduisant les coûts et en améliorant les avantages environnementaux.