Las baterías de iones de litio son usadas cada vez más en aplicaciones de alta potencia como los vehículos eléctricos. Y, como la demanda sigue en aumento, los fabricantes de baterías de alta potencia deben asegurar su seguridad y rendimiento por medio de medidas de control rigurosas.
Una solución útil para el control de calidad es el analizador XRF portátil. Entérese por qué ejerce un papel importante en toda la cadena de suministro dedicada a las baterías de iones de litio de alta potencia cuando se trata de cumplir con los estándares normativos específicos en cada fase del proceso.
El futuro es eléctrico: Innovar con baterías de iones de litio
Gracias a los beneficios que proporciona —alta energía, alta tensión de batería, amplia escala de temperaturas, y prolongada autonomía— la batería de iones de litio es ampliamente usada en una variedad de equipamientos electrónicos y eléctricos. En efecto, se prevé que la dimensión del mercado de las baterías de iones de litio a nivel mundial crecerá de USD 94,4 billones para el 2025.
Uno de los principales motores de este aumento es el aumento de la producción de vehículos eléctricos en todo el mundo; se espera que la batería de iones de litio de alta potencia sea una de las principales fuentes de energía de los vehículos eléctricos en el futuro. Hoy en día, los proveedores de materiales, los fabricantes de baterías de alta potencia y los fabricantes de vehículos eléctricos colaboran intensamente en la investigación y el desarrollo de baterías de iones de litio con alta densidad energética.
Riegos de las baterías de iones de litio de alta potencia en la industria automotriz
Estas innovaciones también traen consigo un problema crítico de seguridad: las baterías de iones de litio han causado un número creciente de incidentes catastróficos, como incendios y explosiones. Por lo general, estos accidentes se generan por factores tanto internos como externos:
- Los factores internos, como la composición de la batería y el proceso de producción, pueden afectar la seguridad de la batería.
- Los factores externos hacen referencia a las condiciones inadecuadas bajo las cuales se usan las baterías, como las sobrecargas o los aplastamientos/estrujamientos, y que conllevan a su extensión, llameado o quemado.
Un cortocircuito es la causa de la mayoría de los accidentes con baterías de iones de litio. El cortocircuito interno deriva del contacto involuntario entre los electrodos positivo y negativo dentro de la batería.
Por lo general, sus causas son:
- Impurezas metálicas introducidas durante el proceso de producción.
- Rebabas dejadas a partir del corte de láminas metálicas de los electrodos.
- Dendritas de litio que se forman por el uso de la batería
- Aplastamiento o estrujamiento ejercido por diferentes elementos mecánicos de estrés inesperados.
Fallas en las baterías de iones de litio causadas tanto por fuentes directas e indirectas.
El papel de los analizadores XRF portátil en la cadena de suministro de baterías de iones de litio de alta potencia
Afortunadamente, los analizadores XRF portátiles permiten atrapar los posibles problemas que pueden introducirse durante el proceso de producción. Para demostrar la importancia de su papel en la cadena de suministros de baterías de iones de litio, a continuación, se proporciona un ejemplo:
El fabricante de baterías de iones de litio A adquiere varios analizadores XRF portátiles Vanta™ de Olympus a fin de analizar y probar materias primas, destinadas a las baterías y piezas de contacto de baterías, en su planta de producción.
Analizador XRF portátil Vanta de Olympus
En conformidad con los requisitos normativos, la concentración de los elementos metálicos (como el hierro, la plata, el cobalto, el zinc, el cobre, el níquel y el cromo) para los materiales de los electrodos destinados a las baterías de litio se ve sujeta a determinados límites. Típicamente, estos límites se encuentran entre 30 a 50 ppm; esto se debe a que la presencia de objetos metálicos extraños (incluso una ínfima cantidad) en los materiales de las baterías de litio puede causar cortos circuitos cuando la batería está en uso.
Por consiguiente, se exige rigurosamente que las instalaciones de producción del fabricante A estén exentas de cualquier pieza metálica dispersa a fin de evitar una inclusión por error de objetos metálicos en los materiales de los electrodos destinados a las baterías.
Un contenido de metal extraño, introducido accidentalmente durante el proceso de fabricación, puede causar la explosión de una batería de iones de litio.
Sin embargo, no sólo el fabricante de baterías de iones de litio A u otros fabricantes de este sector son las únicas empresas que necesitan medir el contenido de metales extraños en los materiales.
Los proveedores de materias primas del fabricante A y los proveedores de equipos de fabricación para baterías también tienen que hacer este trabajo a fin de garantizar el cumplimiento normativo de forma conjunta a lo largo de toda la cadena de suministro (tanto antes como después). Por ende, el proveedor de materias primas B del fabricante A también adquirió varios analizadores XRF portátiles para llevar a cabo un control de calidad similar.
Asimismo, el proveedor de equipos C suministra al fabricante A el equipamiento necesario para producir los materiales de las baterías, por lo que también debe ejecutar el control de calidad de estos componentes. Un ejemplo es el aspa del impulsor, como se muestra a continuación.
Los círculos rojos de las aspas indican las posiciones donde el proveedor C debe efectuar las pruebas. La superficie aleada está recubierta con carburo de tungsteno. Si se detecta algún elemento metálico, como hierro o cobre, en la prueba, el aspa controlada no cumple con los requisitos. El ensayo demuestra que un espesor de carburo de tungsteno de al menos 50 µm puede cumplir los requisitos.
Tal y como exige el fabricante A, la superficie de todo el equipo de producción debe estar recubierta de carburo de tungsteno con un espesor de al menos 50 µm para evitar que la aleación del equipo quede expuesta y para no comprometer la pureza de los materiales que formarán la batería de litio.
El proveedor C también debe efectuar verificaciones de conformidad con respecto al carburo de tungsteno adquirido y exigir al proveedor de dicho material (D) que haga lo mismo. Igualmente, los materiales ternarios de los electrodos de litio que se utilizan habitualmente en las baterías de iones de litio pueden reciclarse cuando éstas llegan al final de su vida útil. El uso de un analizador XRF portátil para comprobar y clasificar las pilas usadas es también una buena práctica para los recicladores.
Tal y como lo muestra el siguiente gráfico, los analizadores XRF portátiles de Olympus pueden ser muy útiles en cada etapa de la cadena de suministro de baterías de iones de litio.
Los analizadores XRF portátiles ofrecen beneficios en cada etapa de la cadena de suministro dedicada a las baterías de iones de litio.
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