Soluciones de filtración de líquidos en la fabricación de baterías

Con el rápido crecimiento de la industria de las baterías eléctricas, la producción exige cada vez más una alta pureza y limpieza de los líquidos. Pequeñas partículas metálicas, polvo o humedad pueden afectar el rendimiento y la seguridad de la batería. Por lo tanto, la filtración de líquidos, esencial para la estabilidad del proceso, el rendimiento del producto y la seguridad, está adquiriendo mayor importancia. Este artículo explora la filtración de líquidos en la fabricación y el reciclaje de baterías eléctricas, y abarca soluciones para la preparación de material celular, revestimiento de separadores y purificación y reciclaje de electrolitos.

1. Filtración de líquidos en el proceso de pretratamiento de componentes estructurales de baterías

En la fabricación de cajas y módulos de baterías eléctricas, los componentes estructurales como las carcasas y bandejas de aluminio y acero inoxidable se someten a un tratamiento previo (desengrasado, lavado, acondicionamiento de superficies, fosfatado/pasivado y recubrimiento electroforético) para eliminar el aceite y garantizar la adhesión del recubrimiento. Los sistemas de filtración de líquidos hacen circular y purifican productos químicos y soluciones de lavado, eliminando desechos metálicos, partículas insolubles y productos de corrosión de las tuberías. Esto evita obstrucciones o daños a equipos como sistemas de aspersión y calentadores, extendiendo su vida útil y garantizando un tratamiento efectivo.

El equipo de uso común incluye Carcasas de filtro de cartucho y bolsa de acero inoxidable, normalmente filtrando de 5 a 50 μm. El material de la carcasa afecta la estabilidad y la vida útil del equipo. El acero inoxidable 316/316L, el estándar de la industria, proporciona una excelente resistencia a la corrosión y a la presión. La fundición y el pulido de precisión garantizan un sellado confiable y una presión estable, lo que permite una purificación eficiente y continua del líquido del tanque.

El rendimiento del filtrado depende principalmente de la selección del material del cartucho filtrante plisado; una alta capacidad de retención de suciedad es esencial para prolongar la vida útil del filtro y reducir los costos operativos. Cartucho de filtro plisado de PP: Maneja la mayoría de los ácidos y álcalis a temperatura ambiente; rentable. Cartucho de filtro plisado de membrana de PTFE: Resistente a ácidos fuertes, álcalis y disolventes orgánicos; Ideal para ambientes altamente corrosivos. Cartucho de filtro plisado de membrana PVDF: Altamente resistente al calor y a los productos químicos; adecuado para condiciones duras. Algunos sistemas también utilizan filtros de retrolavado automáticos para purificar el agua en circulación o los fluidos de limpieza, lo que garantiza una producción continua y reduce el mantenimiento.

En resumen, la filtración de líquidos en procesos de pretratamiento depende no sólo de una carcasa robusta de acero inoxidable sino también de la selección óptima del medio filtrante. Sólo los materiales adecuados pueden garantizar una filtración eficaz, estabilizar el proceso de producción y mejorar la calidad de la película de pintura electroforética.

2. Filtración de líquidos en revestimientos y tratamiento de aguas residuales

Durante el recubrimiento por pulverización del módulo de batería, la pintura líquida produce aguas residuales que contienen partículas de niebla de pintura. Por lo general, se trata previamente en un gabinete con cortina de agua y luego se purifica profundamente usando filtros de bolsa en sistemas de filtración de múltiples etapas, un paso esencial para el cumplimiento ambiental. Bolsas de filtro de líquidos, fabricados de poliéster (PET), nailon o polipropileno (PP), proporcionan resistencia a la corrosión, alta resistencia y una precisión de filtración de 1 a 10 μm. La filtración de múltiples etapas reduce los sólidos suspendidos totales (TSS), mejora la eficiencia bioquímica y de las membranas MBR, reduce el mantenimiento y permite la reutilización de aguas residuales, lo que respalda la conservación de energía, la protección del medio ambiente y la producción limpia.

3. Filtración de líquidos en la preparación del material de la batería

1) Filtración de lodos con electrodos positivos y negativos

Las suspensiones de electrodos positivos y negativos consisten en materiales activos, agentes conductores, aglutinantes y disolventes (como agua o NMP). Tienen alta viscosidad y un alto contenido de sólidos. Deben filtrarse rigurosamente antes de recubrirlos para eliminar los agregados de agente conductor/aglutinante no dispersos, materias extrañas ambientales y partículas de gel. Esto garantiza un recubrimiento uniforme del electrodo y evita que partículas grandes perforen el separador durante el bobinado o la laminación, lo que podría provocar cortocircuitos internos.

A. Filtración gruesa: 50–100 μm, puede utilizar una carcasa de filtro de bolsas múltiples. Propósito: Elimina geles y agregados de partículas grandes, protege el elemento filtrante fino y garantiza un flujo de lodo estable. Ventajas: Alto caudal, alta capacidad de retención de suciedad, resistencia química y costos reducidos de reemplazo y tiempo de inactividad.

B. Filtración fina: 5–15 μm, de gran tamaño, puede utilizar una carcasa de filtro plisada de alto flujo. Propósito: Retiene partículas finas, asegurando un recubrimiento uniforme del electrodo, reduciendo los defectos del recubrimiento y mejorando la consistencia y seguridad de las celdas de la batería. Ventajas: Alta precisión, alta capacidad de retención de suciedad, diseño plisado multicapa, resistencia química y diferencial de alta presión, y sellado confiable. La filtración de dos etapas purifica la lechada de gruesa a fina, mejorando la calidad del recubrimiento, la seguridad de la batería y la eficiencia de la producción. 

2) Filtración de electrolitos

El electrolito, el medio electroquímico central de las baterías eléctricas (por ejemplo, LiPF? disuelto en carbonato), es muy sensible a la humedad y a las partículas (especialmente iones metálicos). Su pureza afecta directamente la vida útil de la batería, la tasa de autodescarga y la seguridad. La finura del filtro es de 0,1 a 0,45 μm (o incluso menos) o los materiales de filtro comunes: elementos filtrantes plisados de PTFE, PVDF y PES (filtración de superficie de membrana). Requisitos del sistema: Todo el proceso de filtración y transferencia debe realizarse en un ambiente seco y sellado (por ejemplo, lleno de argón). Las carcasas de los filtros y los elementos filtrantes deben utilizar diseños con bajos niveles de extraíbles y iones metálicos (por ejemplo, acero inoxidable 316L pasivado) para evitar la contaminación secundaria. A diferencia de las bolsas filtrantes de fieltro perforadas tradicionales, los elementos filtrantes de membrana plisada de alta precisión brindan índices de filtración absolutos y son la opción líder para la purificación de electrolitos, lo que garantiza la pureza del electrolito y un rendimiento estable de la batería.

3) Filtración de fluidos de revestimiento de diafragma

Los recubrimientos cerámicos o PVDF aplicados a la superficie del diafragma pueden mejorar significativamente la estabilidad térmica y la seguridad de la batería. El fluido de recubrimiento debe filtrarse con una precisión extremadamente alta para eliminar todas las partículas de gel e impurezas, asegurando un recubrimiento uniforme y sin defectos. La precisión de la filtración es de 0,1 a 1 μm; Los materiales filtrantes comunes son filtros plisados de polímeros de alta precisión y pureza (como nailon, PES, PVDF) o filtros de membrana cerámica ultralimpios. Y los filtros metálicos sinterizados rara vez se utilizan en este proceso debido a la posibilidad de liberación de iones. La filtración precisa es fundamental para garantizar la calidad del revestimiento del diafragma y la seguridad de la batería.

4. Filtración de líquidos en el reciclaje de baterías eléctricas

En el reciclaje húmedo de baterías eléctricas usadas, la filtración es crucial para la separación sólido-líquido y la purificación de la solución, lo que afecta directamente la recuperación del metal y la pureza del producto.

1) Separación de residuos de lixiviación

Los materiales triturados de las baterías se lixivian con soluciones ácidas o alcalinas, formando una suspensión con impurezas no disueltas. Los filtros prensa de placa y marco y los filtros de correa se utilizan comúnmente para la separación sólido-líquido de alta eficiencia y a gran escala, produciendo una solución rica en iones metálicos como cobalto, níquel y litio.

2) Purificación de la solución

Durante la extracción, precipitación y cristalización, los filtros de bolsa o cartucho proporcionan prefiltración para proteger los equipos de precisión. Para las sales de litio de alta pureza (por ejemplo, carbonato de litio e hidróxido de litio), las membranas cerámicas de microfiltración (MF) o ultrafiltración (UF) eliminan los coloides submicrónicos y la materia orgánica, mejorando la calidad del producto, el valor del reciclaje y la protección del medio ambiente.

Conclusión

La filtración de líquidos es esencial en la producción y el reciclaje de baterías eléctricas, desde el pretratamiento de los componentes hasta la lechada de electrodos, los electrolitos y los fluidos de revestimiento de separadores y, finalmente, hasta la recuperación de recursos. Un diseño de filtración adecuado y equipos de alta calidad garantizan el rendimiento, la seguridad y la consistencia de la batería, al tiempo que reducen los costos y mejoran los beneficios ambientales.