Productivo en la fabricación de baterías de iones de litio
- Detalles
- Golpea: 1170
El futuro de los iones de litioFabricación de baterías es dorado. Desde que la tecnología llegó desde los laboratorios hasta las líneas de producción, ha seguido evolucionando y ahora es un facilitador clave de la revolución del transporte global. A medida que crece la demanda, también aumenta la presión sobre los fabricantes. ¿Cómo puede ejecutar sus procesos de manera efectiva? escalar y mejorar, para convertir los desafíos que enfrentan en oportunidades? Mitsubishi Electric proporciona respuestas.
contenido
- Estrategias de digitalización específicas para la producción de baterías
- Mitsubishi Electric y Novali como socios en la producción a gran escala
- Utilidad de datos para la producción de baterías de iones de litio
- Fabricación de baterías de coches eléctricos en Europa
Estrategias de digitalización específicas para la producción de baterías
27.07.2024 de julio de XNUMX | Requiere baterías de iones de litio materias primas caras y pasar por un proceso de fabricación especialmente complejo con tasas de desguace muy elevadas. Si los fabricantes quieren ampliar sus actividades y ayudar a que los vehículos eléctricos ocupen su lugar en el corazón del sector del transporte, deben utilizar todos los recursos disponibles. La digitalización es un enfoque que puede ayudar a lograr esta ventaja.
Al implementar tecnologías digitales para capturar y procesar las enormes cantidades de datos generados en la fabricación moderna, se pueden generar conocimientos que aporten beneficios tangibles al proceso de producción. klaus petersen, Director de Industrias de Automoción y Baterías de Litio, Automatización de Fábricas en EMEA de Mitsubishi Electric, examina los factores que todavía hacen que los fabricantes de baterías reaccionen con cautela y cómo se pueden superar:
Satisfacer la creciente demanda
El Previsiones de crecimiento para el sector de las baterías de iones de litio durante la próxima década son impresionantes. La creciente demanda de vehículos eléctricos ya ha aumentado el valor del mercado global de alrededor de 40 mil millones de dólares en 2018 a más de 60 mil millones de dólares en 2022. Se espera que esta tendencia se acelere aún más. Los expertos esperan que a finales de esta década el mercado alcance un valor de más de un cuarto de billón de dólares [1].
este enorme Expansión Sin embargo, trae desafíos. La competencia es cada vez más intensa y las materias primas para la producción de baterías de iones de litio, como el litio, el cobalto y el níquel, son cada vez más escasas y caras a medida que aumenta la demanda. Estos materiales primero deben extraerse y procesarse antes de poder utilizarlos para la producción de baterías. La Agencia Internacional de Energía (AIE) predice que la demanda total de minerales para la producción de vehículos eléctricos aumentará 2040 veces para 30 en comparación con 2020. [2]
Para satisfacer la creciente demanda de vehículos eléctricos, la producción debe ser lo más eficiente posible. Un cuello de botella en la producción es la implementación de medidas efectivas de control de calidad y la reducción de las altas tasas de rechazo.
A pesar del uso de materiales de alta calidad, el Tasas de chatarra muy alto en la producción de baterías. Alrededor del 10% de los productos fabricados no cumplen los requisitos mínimos y se declaran como residuos. En algunos casos, esta tasa puede llegar incluso al 30% [3]. Estas altas tasas de rechazo no sólo causan costes significativos y son una razón clave por la que las baterías representan hasta el 60% del coste total de un vehículo eléctrico [4], sino que también son inaceptables desde una perspectiva ecológica.
Sin embargo, es importante enfatizar que estas altas tasas de rechazo no se deben a negligencia o comportamiento irresponsable por parte de los fabricantes. De hecho, el propio proceso de fabricación hace que sea mucho más difícil implementar medidas de control de calidad convencionales.
Por eso la producción de baterías de iones de litio es tan compleja
La producción de baterías de iones de litio comienza con la fabricación de bandas de metales, que se llaman diapositivas. Estos consisten en Cobre para el ánodo y aluminio para el cátodo. Las dimensiones de las bandas varían significativamente según los requisitos y especificaciones de las baterías. Las cintas suelen tener varios cientos de metros de longitud y, en las plantas de producción más grandes, suelen tener más de un kilómetro de longitud. Su ancho varía desde unos pocos centímetros hasta más de un metro.
Para convertir estas cintas en baterías, se recubren con una capa delgada lodos de material activo. El revestimiento del cátodo suele estar hecho de materiales como óxido de litio y cobalto, fosfato de litio y hierro u otros óxidos metálicos de litio. El ánodo está recubierto con materiales a base de grafito o silicio.
Consejo de lectura: Producción de baterías | Hechos y tecnologías
El espesor de la Coatings Juega un papel crucial en la capacidad energética y la eficiencia del transporte de iones en las baterías de iones de litio, independientemente de los materiales utilizados. Los recubrimientos más gruesos permiten almacenar una mayor cantidad de material activo, lo que aumenta la capacidad general de la batería. Sin embargo, esta ventaja también tiene un inconveniente: los recubrimientos demasiado gruesos pueden dificultar el transporte de iones entre los electrodos, lo que reduce la velocidad de carga y descarga de la batería.
El equilibrio correcto Por lo tanto, es esencial establecer una diferencia entre el espesor del recubrimiento para lograr el máximo almacenamiento de energía y un transporte eficiente de iones. Esto afecta directamente al rendimiento de la batería, especialmente en vehículos eléctricos, que requieren una rápida liberación de energía. Si el recubrimiento es demasiado grueso o demasiado fino, grandes partes de una tira pueden quedar inutilizables para la producción de baterías.
El espesor de recubrimiento óptimo es individual
El espesor óptimo varía según los requisitos específicos del fabricante, pero los recubrimientos del cátodo suelen tener entre 100 y 200 μm, mientras que los recubrimientos del ánodo son ligeramente más delgados, entre 70 y 120 μm. Esto corresponde aproximadamente al grosor de un cabello humano [5].
Es extremadamente exigente, uno revestimiento uniforme en cientos de metros cuadrados de espacio. Muchos factores, como la temperatura de la película y la humedad del entorno de producción, pueden afectar el espesor del producto final.
Captar estos datos complejos y en constante cambio es casi imposible en las instalaciones de fabricación tradicionales. Aquí viene la implementación. tecnologías de fabricación digital Entran en juego herramientas que pueden ayudar a las empresas a alcanzar estándares de calidad elevados y constantes y a optimizar sus procesos de producción.
De los datos brutos a los resultados
Las líneas de producción modernas están equipadas con numerosos sensores que generan enormes cantidades de datos. Al analizar eficazmente estos datos, se pueden lograr mejoras significativas en el proceso de producción.
Un ejemplo es que mantenimiento predictivo. Al evaluar las tendencias de los datos, se puede predecir, por ejemplo, cuándo se debe realizar mantenimiento a una máquina, por ejemplo, cuando aumenta el consumo de energía o aumenta la amplitud de vibración. Esto permite a los operadores identificar problemas potenciales de manera temprana y resolverlos antes de que provoquen interrupciones graves. Esto minimiza el tiempo de inactividad inesperado y aumenta la eficiencia de la producción.
Las empresas pueden utilizar métodos similares para optimizar la fabricación de baterías de iones de litio. Además del mantenimiento predictivo, también puedes determinar qué factores Calidad celular influencia. Controlando estos parámetros, se puede mejorar la calidad de las celdas de iones de litio producidas, lo que aumenta el valor de las baterías en funcionamiento y reduce el desperdicio de material.
Cuatro factores cruciales influyen en el espesor de la capa
Mitsubishi Electric ya ha integrado con éxito este principio en líneas de producción de baterías de iones de litio. El equipo se centró en el problema del espesor desigual del revestimiento. Recogió datos de 127 parámetros diferentespara identificar posibles conexiones. Los resultados fueron impresionantes y muestran el potencial de esta tecnología en la práctica.
Con la solución compatible con IA del propio fabricante Mailab de Melsoft El equipo descubrió que cuatro factores se correlacionan significativamente con las variaciones en el espesor del recubrimiento: voltaje, presión del recubrimiento, exceso de temperatura y distancia desde la abertura del recubrimiento.
Armado con estos conocimientos, el equipo desarrolló uno Regla de diagnóstico para registrar el espesor de la capa. Esta regla se utilizó luego industrialmente. Automatización, como reguladores de voltaje, combinados para monitorear y ajustar continuamente los parámetros. Esto aseguró que la mayor cantidad posible de cinta cumpliera con los estándares de calidad.
Futuro digital para la producción de baterías de iones de litio
Introducir herramientas, tecnologías y experiencia para una línea de producción digital no es necesariamente un proceso complejo. No es una transición binaria, de todo o nada, que tiene que ocurrir de una vez. Más bien, debería Transición cuidadosa ser planificado e implementado. Una implementación exitosa requiere algo más que comprar el equipo adecuado. Requiere una consideración simultánea desde una perspectiva técnica y operativa.
Técnicamente hablando, un fabricante debe disponer de las herramientas y la tecnología adecuadas. Esto significa que todas las máquinas y sensores tener una excelente conectividad y estar conectado a un potente centro de datos utilizando soluciones avanzadas de redes industriales. Sistemas como ese Red CC-Link IE TSN y los ordenadores industriales Melipc permiten una alta precisión recopilación de datos, que es esencial para tratar con materiales complejos y variables como las baterías de iones de litio.
Descubra conocimientos ocultos y recréelos virtualmente
Es crucial invertir en herramientas avanzadas de visualización y correlación como las que se encuentran en Mailab y la suite Iconics Genesis 64. Estas herramientas permiten a los expertos descubrir información oculta en los datos mientras KILos algoritmos compatibles analizan grandes cantidades de datos y descubren correlaciones que permanecerían invisibles para los humanos.
con un digital herramienta gemela Al igual que Melsoft Gemini de Mitsubishi Electric, los fabricantes pueden crear una réplica virtual de su proceso y probar varios cambios. Es importante que gemelo digital en las primeras etapas de la transformación digital para no hacerlo demasiado complejo. No tiene mucho sentido modelar una fábrica completa si sólo está interesado en una sola máquina.
A nivel operativo, la digitalización en la producción de baterías de iones de litio comienza con la construcción de una sólida base operativa, que permite explotar todo el potencial de las nuevas tecnologías.
En lugar de un cambio integral, los fabricantes deberían proceder de forma gradual y Proyecto de piloto en áreas específicas de su negocio. Estos proyectos sirven como una introducción práctica y permiten a los equipos familiarizarse con nuevas herramientas y procesos, resolver problemas menores y demostrar los beneficios tangibles de la digitalización en un entorno controlado.
Los pilotos con objetivos claros y mensurables brindan una oportunidad estratégica para lograr resultados rápidos, lograr la aceptación de las partes interesadas y allanar el camino para una implementación más amplia. Este enfoque metodológico facilita integración perfecta tecnologías de fabricación digital, reduce riesgos y mejora la eficiencia y calidad de los procesos productivos. Al adoptar un enfoque paso a paso y escalar basándose en proyectos piloto exitosos, los fabricantes pueden garantizar una transición más efectiva a la fabricación digital y prepararse de manera óptima para las crecientes demandas del mercado de baterías.
Las baterías de iones de litio ofrecen oportunidades
La industria enfrenta enormes oportunidades y desafíos. Ante la creciente demanda de vehículos eléctricos Incrementar la producción requiere no solo planificación estratégica, sino también el uso de tecnología y datos para gestionar eficientemente relaciones complejas.
La digitalización ofrece aquí una clara ventaja. Esto permite que Monitoreo en tiempo real y análisis, mejorando la toma de decisiones y la calidad del producto mientras se reducen los residuos. El paso a la producción digitalizada requiere inversiones y un replanteamiento, pero promete beneficios concretos. Para un mayor desarrollo de la tecnología de iones de litio, la digitalización no es solo una opción, sino una necesidad para cualquiera que quiera ser líder en la transición energética sostenible.
Aunque términos como “Industria 4.0”, “fabricación inteligente” e “Internet de las cosas” a menudo parecen jerga, la realidad es más simple. En esencia, la digitalización consiste en convertir procesos analógicos en digitales y aplicar conocimientos técnicos para crear procesos mejorados y optimizados. No tiene por qué ser más complicado que eso.
Fuentes:
- [1] https://www.statista.com/statistics/1339880/global-battery-market-size-by-technology/
- [2] https://www.iea.org/reports/the-role-of-critical-minerals-in-clean-energy-transitions/mineral-requirements-for-clean-energy-transitions
- [3] https://www.batterypoweronline.com/news/the-cost-benefits-of-investing-in-solutions-to-reduce-battery-waste-and-scrappage-in-gigafactories/
- [4] https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2020
- [5] https://bionumbers.hms.harvard.edu/bionumber.aspx?id=106856&ver=2
Mitsubishi Electric y Novali como socios en la producción a gran escala
18.07.2022 | Mitsubishi Electric Europe y la startup belga Novalí han unido fuerzas para avanzar en la producción a gran escala de celdas de batería en Europa. "Esta asociación estratégica tiene como objetivo reducir la dependencia de Europa de fuentes externas de baterías y fortalecer las capacidades de fabricación dentro del bloque comercial de la UE", dice Roald De Meyer, cofundador de Novali.
Con la experiencia de Mitsubishi Electric en soluciones de automatización y la dinámica ágil de Novali, se logrará ampliar la producción de celdas de batería de próxima generación. El proyecto no sólo apoya la iniciativa europea de electrificación, sino que también contribuye a la fabricación sostenible con el objetivo de: CO2-neutralSe debe lograr la producción de baterías. Esta cooperación creará una sólida red de fabricantes de máquinas locales que fortalecerá la cadena de suministro y garantizará la disponibilidad de baterías en grandes cantidades.
Novali fue fundada por varios Gigafábricas para financiar y suministrar en toda Europa. Se espera que la producción comience en 2025. Para cumplir este plazo, Novali ha firmado una asociación tecnológica con Mitsubishi Electric Europe.
"Mitsubishi Electric tiene décadas de experiencia en el suministro de tecnología de automatización a todos los fabricantes de células y equipos establecidos en Asia. El objetivo de esta alianza es utilizar este conocimiento para construir un ecosistema local de fabricantes europeos", afirmó Roald De Meyer.
Utilidad de datos para la producción de baterías de iones de litio
26.07.2023 de julio de XNUMX | El mercado de soluciones más sostenibles en electromovilidad sigue creciendo. La demanda de baterías de iones de litio (LIB) está aumentando rápidamente. La regla aquí es: el que madruga, atrapa el gusano, o mejor dicho, la carga. quien puntualmente cantidades cualitativamente grandes de baterías de alta calidad que se pueden reciclar de manera sostenible y rentable está a la vanguardia.
Explicado en el videocast "Baterías de iones de litio" klaus petersen, Director - Industrias Automotrices y de Baterías de Litio, Automatización de Fábricas EMEA Mitsubishi Electric Europe BV sobre cómo las tecnologías digitales pueden ayudar a la industria LIB a generar una ventaja competitiva con los datos.
Son tiempos apasionantes para los fabricantes de células LIB, porque son los productos del presente y del futuro. Por lo tanto, la producción de celdas de batería requiere optimización y expansión de la cadena de suministro.
La movilidad eléctrica es uno de los grandes temas en la industria de las baterías porque Descarbonización El sector del transporte requiere innovaciones y soluciones sostenibles. Para ofrecer celdas de batería de iones de litio con capacidad, voltaje y durabilidad óptimas para las necesidades individuales y al mismo tiempo minimizar el desperdicio, el consumo de energía y el uso de recursos, las empresas deben comprender las necesidades de sus clientes.
Control de datos para un control de procesos optimizado
La palabra mágica es: control de datos. El control de procesos se puede diseñar de manera efectiva y preparada para el futuro utilizando datos. Gracias a su amplia experiencia como especialista en calidad en la industria automotriz, Klaus Petersen sabe exactamente cómo el conocimiento del proceso puede ayudar a mejorar los productos finales y la eficiencia de la producción. Para hacer un uso óptimo de estas ventajas, los fabricantes de células LIB deben monitorear continuamente su producción. Esta es la única forma de sacar conclusiones sobre la calidad y la cantidad. Por ejemplo, se podrían identificar y eliminar las ineficiencias y reducir los costos de producción. El resultado serían células LIB competitivas.
Compartir conocimientos tecnológicos sobre baterías de coches eléctricos
Esta descripción general enfocada de procesos y productos ilustra la necesidad de automatización. Con Automatización los parámetros se pueden ajustar en tiempo real y se puede mejorar la productividad de las baterías de calidad. Además, se pueden configurar líneas de producción totalmente integradas, que también se pueden conectar a empresas asociadas para el intercambio de datos. Se podrían compartir conocimientos valiosos, respaldar la trazabilidad y crear cadenas de suministro impulsadas por la calidad con una huella ambiental limitada.
Reparto de vídeo con Klaus Petersen
Fabricación de baterías de coches eléctricos en Europa
12.05.2022 de mayo de XNUMX | Hasta ahora apenas merece la pena mencionar la producción de baterías de iones de litio en Europa. A raíz de la electromovilidad, ahora es necesario un cambio de rumbo en las fábricas de baterías. Michael Grondowski, Business Development Manager - Europa Central en Mitsubishi Electric Europe BV: "Se han anunciado plantas de producción para una producción anual total de aprox. 750 GWh. Eso corresponde a aproximadamente 12 millones de automóviles”.
Con sede en Japón, el grupo ya está apoyando a la industria en Asia. También tiene el know-how de automatización para la producción del Almacenamiento de energía. A partir de ahora, los fabricantes de máquinas, plantas y baterías en Europa también pueden beneficiarse de los componentes y tecnologías especiales.
Servoamplificadores, controladores de tensión, tecnología de bobinado e IPC
La producción de celdas de batería es un trabajo de precisión y requiere la mejor tecnología de control. Para ello, la empresa ofrece los potentes servoamplificadores de la nueva serie. Melservo MR-J5. Como red de automatización se utiliza CC-Link IE TSN, que opera con un ancho de banda de 1 Gbit. Integra red de accionamiento, bus de campo, seguridad y comunicación TCP/IP abierta.
Noticias de Bosch: Inaugurada una fábrica de semiconductores de última generación en Dresde
Con reguladores de tensión otros componentes están a punto de ser introducidos. Con procesos de control precisos y estables en las aplicaciones de producción de celdas de rollo a rollo, aseguran una aplicación completamente uniforme del material del ánodo y el cátodo al sustrato. Porque la precisión del espesor de la capa influye directamente en el rendimiento de la celda. Componentes de tecnología de bobinado especial en forma de frenos y embragues de polvo magnético, convertidores de frecuencia y servotecnología de alta precisión con absolutacodificador También admite resolución de 26 bits por revolución del motor.
"Los requisitos básicos para celdas de batería de mayor calidad son una red poderosa para el monitoreo del sistema y soluciones como el paquete AI para el computadora industrial melpic', dice el Sr. Grondowski. "Esto permite evaluar los datos de calidad en tiempo real antes de que afecte negativamente al producto".
