Solutions de traitement pour les matériaux de batteries
La fabrication des matériaux de cathode et d’anode comprend plusieurs opérations déterminantes pour les propriétés de la poudre : séchage, broyage, sélection granulométrique, sphéroïdisation, mélange et revêtement. Les technologies employées doivent également maîtriser l’humidité, l’usure, la contamination et, pour certaines matières, le contact avec l’oxygène.
Hosokawa Micron Group fournit des équipements et des installations intégrées pour le traitement des précurseurs, des matières actives et des matériaux conducteurs utilisés notamment dans les batteries lithium-ion et les technologies de batteries en développement.
« On » : technologies pour les matériaux énergétiques
La marque « On » regroupe les technologies de Hosokawa Micron Group destinées à la production et au traitement des matériaux énergétiques. Elle réunit les compétences des différentes sociétés du groupe dans les domaines du séchage, du broyage, de la sélection, de la modification des particules et de l’intégration des systèmes.
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Séchage des précurseurs et des matières actives
Les précurseurs de cathode issus de procédés humides peuvent se présenter sous forme de suspension, de pâte ou de gâteau de filtration. Leur teneur résiduelle en humidité doit être adaptée aux opérations suivantes et aux spécifications du produit.
Plusieurs technologies peuvent être étudiées :
- le sécheur-broyeur DMR pour le séchage continu, la désagglomération et la sélection de suspensions ou de gâteaux de filtration ;
- le sécheur conique à vis Nauta® pour le séchage discontinu sous vide avec agitation douce ;
- le sécheur conique à pales CPD lorsqu’un mélange plus intensif et un transfert thermique élevé sont recherchés.
Le choix dépend notamment de la forme de l’alimentation, de la capacité, de la teneur initiale et finale en humidité, du comportement du produit pendant le séchage et des conditions atmosphériques requises.
Broyage fin et sélection granulométrique
La granulométrie et la surface spécifique influencent le comportement des matériaux pendant les étapes de formulation et de fabrication des électrodes. La distribution recherchée dépend de la composition du matériau, de sa fonction et du procédé aval.
Les technologies Hosokawa Alpine comprennent notamment :
- le broyeur-sélecteur ACM, qui combine broyage par impact et sélection dynamique ;
- le broyeur à jets d’air en lit fluidisé AFG, qui réalise le broyage sans pièces mécaniques en mouvement dans la zone de broyage.
Ces équipements peuvent être utilisés pour différents matériaux de cathode ou d’anode, notamment certains oxydes métalliques, précurseurs à base de nickel, manganèse ou cobalt, ainsi que le graphite et le silicium.
La technologie, le gaz de broyage, les matériaux de construction et la protection contre l’usure sont sélectionnés en fonction de l’abrasivité, de la réactivité et du niveau de contamination acceptable.
Sphéroïdisation du graphite
Le graphite naturel présente généralement une structure lamellaire. Sa mise en forme en particules plus arrondies peut augmenter sa densité tassée et modifier son comportement lors des étapes ultérieures de formulation et de fabrication de l’anode.
Hosokawa Alpine propose différentes technologies pour la sphéroïdisation du graphite :
- le broyeur-sélecteur Zirkoplex ZPS peut être utilisé pour le traitement du graphite synthétique ;
- l’Alpine Particle Rounder APR est destiné à l’arrondissement du graphite naturel.
Le procédé peut comprendre plusieurs passages de broyage, d’arrondissement et de sélection. La configuration est déterminée en fonction de la matière première, de la forme recherchée, de la distribution granulométrique et du rendement attendu.
Mélange intensif et revêtement des particules
Le mélange et la modification de surface permettent d’associer les précurseurs ou matières actives à des additifs conducteurs, des liants ou des matériaux de revêtement. La répartition de ces composants doit être maîtrisée sans introduire une contamination ou une modification indésirable des particules.
Selon l’intensité et le mode de fonctionnement requis, plusieurs technologies peuvent être envisagées :
- le Cyclomix pour le mélange intensif et le revêtement par lots ;
- le Modulomix pour le mélange continu ;
- le Nobilta pour la modification de surface à très forte énergie mécanique ;
- le Mechanofusion pour la liaison mécanique et la préparation de particules composites.
Le choix dépend notamment de la cohésion des poudres, de la quantité d’additif, de l’énergie mécanique requise et des propriétés de surface recherchées. La température du produit doit être surveillée pendant les traitements intensifs.
Maîtrise de la pureté et de l’atmosphère
Les matériaux de batteries peuvent être abrasifs, hygroscopiques ou sensibles à l’oxygène. Les équipements peuvent donc être configurés avec des revêtements résistants à l’usure, des matériaux non métalliques dans les zones critiques ou un fonctionnement sous gaz inerte.
La conception doit tenir compte :
- de la contamination admissible ;
- de la teneur en humidité de l’atmosphère ;
- des risques associés aux poussières fines ;
- des exigences de nettoyage ;
- du confinement et de la protection des opérateurs ;
- de la récupération et de la filtration des poudres.
Ces paramètres sont évalués pour l’ensemble du système, y compris les transferts entre les différentes étapes.
Installations intégrées
Une ligne de production peut associer réception des matières, dosage, séchage, broyage, sélection, mélange, modification de surface, stockage et conditionnement. L’automatisation permet de contrôler les principaux paramètres et d’assurer la traçabilité des conditions de traitement.
Hosokawa Micron Group peut réunir les équipements de ses différentes sociétés dans des installations intégrées. La configuration est adaptée aux propriétés des matières, aux spécifications de la poudre, à la capacité requise et aux conditions de sécurité.
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