Por qué es crítica la medición de la humedad en la fabricación de baterías de ión-litio? Segunda parte

Cómo controlar la seguridad y el rendimiento en entornos de humedad ultrabaja

El litio es un fascinante metal alcalino.  Se encuentra ampliamente en la corteza terrestre, donde normalmente se da en bajos niveles de dispersión en minerales pegmatíticos (materiales ígneos de cristal grueso), granito y en depósitos de arcilla y fuentes acuosas.  Esto puede dificultar su extracción.  Sin embargo, una vez procesado y convertido en distintos compuestos, este metal blando de color plateado ofrece una serie de propiedades únicas.  Como estearato de litio, se utiliza como espesante en grasas industriales; como óxido de litio, se emplea en la fabricación de esmaltes para cerámica; y, en forma de sales de litio, se utiliza como aditivo en medicamentos antidepresivos. 

El litio es probablemente más conocido por su uso en baterías de iones de litio (Li-ion), en las que su baja masa atómica, alto potencial eléctrico y excelente relación carga-potencia-peso ofrecen considerables ventajas sobre otras tecnologías de baterías.  Como resultado, las baterías de iones de litio se utilizan ahora ampliamente en teléfonos móviles, ordenadores portátiles y vehículos eléctricos. 

¡La humedad y el litio no se llevan bien!

Una de las propiedades del litio es que es potencialmente explosivo si entra en contacto con el agua.  La reacción subsiguiente es exotérmica y libera hidróxido de litio, que es soluble, e hidrógeno, que se desprende en forma de gas y es extremadamente inflamable.  Esto puede ser un reto potencial para los fabricantes de baterías y, dependiendo de la escala de producción, requiere el uso de cámaras ambientales selladas, cajas de guantes o grandes salas anhidras o secas. 

Si durante la fabricación de las pilas hay humedad, incluso en bajas concentraciones, existe el riesgo de que se forme corrosión en las superficies metálicas, incluidos los componentes de las pilas y el equipo de producción.  La humedad también puede afectar a las propiedades químicas y físicas de los electrolitos y los separadores, provocando defectos en los productos acabados. 

Crear unas instalaciones de fabricación adecuadas con salas anhidras requiere una atención meticulosa a los detalles para garantizar que se alcanzan niveles de humedad ultrabajos y que luego se mantienen con seguridad.  Normalmente, esto requerirá una humedad relativa inferior al 1 %, o un punto de rocío de al menos -40 ^°C o inferior, lo que equivale a sólo 0,15 g de humedad en cada kilo de aire seco.  

Si la producción está totalmente automatizada, es relativamente fácil crear este tipo de entorno.  Sin embargo, las cosas se complican mucho más si es necesario que entre en la zona personal de laboratorio, producción o mantenimiento, o si hay múltiples puntos de acceso para cintas transportadoras u otros equipos, o se producen fugas en los sistemas de manipulación de fluidos.  

Las salas de producción de pilas anhidras estarán equipadas con deshumidificadores y secadores para crear un flujo constante y positivo de aire seco.  Igualmente importante es el uso de instrumentos fiables de medición del punto de rocío, que permitan controlar continuamente las condiciones ambientales para garantizar niveles óptimos de seguridad y mejorar el rendimiento del producto.  Tenga en cuenta que el punto de rocío es el método preferido para medir la concentración de vapor de agua, ya que los analizadores de humedad relativa no son suficientemente sensibles para detectar cambios extremadamente pequeños en las condiciones ambientales, que pueden tener un impacto desproporcionado en la calidad de la producción. 

Normalmente, los sensores de punto de rocío se instalan en fases clave de la producción.  Entre ellas se incluye la supervisión del rendimiento de los secadores, donde los sensores suelen instalarse en la salida de las torres PSA o los cartuchos de membrana, así como en las líneas de suministro de gas, las zonas de trabajo y los conductos de ventilación y escape. 

Detección y medición de niveles de humedad extremadamente bajos

Dos de las tecnologías más eficaces para medir niveles de humedad ultrabajos son los analizadores de espejo refrigerado y los transmisores que utilizan sensores de película gruesa o cerámicos de óxido metálico. 

Los analizadores de espejo enfriado representan el estándar de oro.  Por ejemplo, nuestro S8000 Higrómetro de espejo enfriado de precisión puede medir el punto de rocío hasta -60 ^°Cdp, mientras que el S8000 RS puede utilizarse en aplicaciones de hasta -90 ^°Cdp; ambos instrumentos tienen una precisión de ±0,1 ^°Cdp, una repetibilidad de 0,05 °C, deriva cero y opciones de comunicación avanzadas para su integración con sistemas de análisis y control de toda la planta. 

Para aplicaciones menos exigentes, o cuando los presupuestos son limitados, los higrómetros de punto de rocío de película gruesa robustos y fiables, como nuestro SF82 de instalación rápida, o nuestro Easidew transmisor cerámico de óxido metálico, pueden ofrecer opciones rentables.  Son ideales para su uso en secadores, áreas de producción, cámaras ambientales y sistemas de ventilación, donde ofrecen una combinación de respuesta rápida, precisión y repetibilidad con una amplia gama de opciones. 

En todo el mundo ofrecemos un completo servicio de asistencia técnica y de aplicaciones, además de servicios de calibración, reparación e intercambio de sensores.   

Con más de 40 años de experiencia en el desarrollo de innovadores instrumentos de precisión, somos expertos en aplicaciones de medición de punto de rocío y humedad para todas las aplicaciones de fabricación de baterías. Si desea analizar sus necesidades, póngase en contacto con nuestro equipo hoy mismo.