Caso práctico: fabricación de baterías de ion-litio

Un fabricante de baterías de ion-litio necesitaba un solución de impregnación de celdas que cumpliera los requisitos de la industria para evitar el embalamiento térmico y la propagación térmica en su diseño de módulos de baterías con celdas cilíndricas. El fabricante estaba teniendo problemas para determinar los puntos de inyección adecuados, los parámetros de dispensación y el impacto de una dinámica de fluidos compleja. Aparte de los retos de diseño, al fabricante se le echaba encima la fecha de inicio y necesitaba tener desarrollado y listo un proceso para poder planificar la línea de producción.

Cada diseño de módulo de celdas cilíndricas presenta características y requisitos únicos que pueden afectar a los caudales y puntos de inyección a la hora de dispensar de manera uniforme la cantidad correcta de material en el módulo. Con este diseño, los retos en el proceso eran: 

• El diseño de la batería no podía cambiarse en esta fase tan avanzada del proyecto
• La dispensación tenía que realizarse desde arriba del módulo de batería, a ser posible con cierta flexibilidad para inyectar desde el lateral del módulo.
• Las celdas de batería estaban agrupadas muy cerca unas de otras, a una distancia mínima, lo que suponía restricciones adicionales en el flujo.
• Había muy poco espacio de acceso para que la espuma llegase al módulo de batería desde arriba.
• El tiempo de proceso era crucial para las operaciones del cliente.

Nuestro equipo de ingenieros de aplicaciones trabajó directamente con el equipo de diseño del fabricante y con el proveedor del material a fin de desarrollar una solución de proceso que cumpliera los requisitos de eficiencia operativa, calidad de producto y aplicación repetible del material. Por medio de nuestro laboratorio de desarrollo, de nuestro equipo de expertos en aplicaciones y de la colaboración con el proveedor del material, realizamos pruebas para determinar el mejor método de aplicación, uno que definiera caudales, técnicas de aplicación y puntos de dispensación para el proceso definitivo de producción.

Pruebas con materiales: se llevó a cabo un exhaustivo estudio de relación de mezcla y repetibilidad con el fin de determinar los requisitos óptimos de espuma y equipos. 

Especificaciones de equipos: a partir de pruebas en aplicaciones similares y de nuestra evaluación de los materiales, especificamos la combinación idónea de equipos basada en la aplicación objetivo.

Pruebas de aplicación: usando prototipos y modelos facilitados por el fabricante de baterías, evaluamos y validamos las especificaciones propuestas para el proceso. 

RESULTADOS

• Calidad de espuma y llenado: la válvula de mezcla dinámica Voltex y el sistema de dosificación, mezcla y dispensación EFR suministraban una mezcla perfecta de espuma, una distribución uniforme por todo el módulo y la repetibilidad de las dosis requeridas para su proceso de producción.  
• Dispensación optimizada:  basándonos en las pruebas del laboratorio, determinamos los parámetros de mezcla, caudales y puntos de inyección adecuados para dispensar de manera uniforme una cantidad precisa de material en el módulo. 
• Reducción del tiempo de procesamiento: mediante las pruebas de dispensación y con modelos, optimizamos el patrón de movimiento para reducir aún más el tiempo de procesamiento.

The new cylindrical cell module design moved into production with a battery cell encapsulation process ready to bring in these results:

• Quality foam and fill: The Voltex Dynamic Mix Valve and Electric Fixed Ratio (EFR) Metering System provide thoroughly mixed form, even distribution throughout the module, and shot repeatability.
• Optimized dispense: With the proper mixing parameters, flow rates, and dispense injection points, an accurate amount of material is evenly dispensed into each module.
• Rapid process time: The modeling and dispense trials helped optimized the motion pattern to reduce the required  processing time.