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MAI 2010
La surveillance de la vapeur d’eau dans le
process de fabrication des piles lithium-ion
Le process de fabrication des piles lithium-ion est sensible à
l’humidité. Cet environnement de production exigeant requiert un
instrument de détection de la vapeur d’eau performant et fiable
et présentant une forte résistance aux sous-produits du process
susceptibles d’être présents dans l’atmosphère.
La gestion de l’air sec est essentielle
dans le cadre du process de fabrication
des piles lithium-ion pour trois raisons :
d’abord pour empêcher des réactions
chimiques indésirables susceptibles de
causer des dangers tels qu’incendie et
explosions, ensuite pour prévenir des
problèmes liés à la qualité du produit;
et finalement pour comprendre et
maîtriser les coûts liés au séchage de
grands volumes d’air.
Les procédés de fabrication des piles
lithium-ion s’effectuent dans des salles
sèches ou des boîtes à gants dans
lesquelles le microenvironnement
local doit être maîtrisé de manière à
préserver les conditions de production
optimales. La plage de température
du point de rosée habituelle dans
l’environnement de traitement va de
-50 °C à -40 °C. Le point de rosée est
utilisé à ce niveau pour exprimer la
concentration de vapeur d’eau parce
que la valeur correspondante de
l’humidité relative est inférieure à 1 %.
La plupart des instruments utilisés
pour la mesure de l’humidité relative,
alors même qu’ils convertissent
l’affichage et les valeurs de sortie
en température de point de rosée,
n’ont ni la résolution ni la précision
nécessaire pour une mesure sensée
à ce niveau. Par exemple, lorsque la
température du point de rosée est
de -50 °C, un changement de 5 °C la
faisant passer à -45 °C représente
un changement d’humidité relative
de seulement 0,1 %, valeur difficile à
distinguer du bruit. (Rendez visite au
centre du savoir de Vaisala et utilisez
ou téléchargez gratuitement un
calculateur d’humidité à (www.vaisala.
com/humiditycalculator).
Le point d’implantation
optimal pour les capteurs
de point de rosée
Les instruments à point de rosée
peuvent s’utiliser de multiples façons
pour atteindre les objectifs soulignés
plus haut. Le sécheur d’air en service
peut être surveillé et commandé à
l’aide de la mesure du point de rosée.
Dans certains cas, la performance
du sécheur peut être améliorée et la
consommation d’énergie diminuée
en asservissant la commutation des
tours par la mesure du point de rosée.
Les instruments à point de rosée
peuvent aussi s’installer à l’entrée de
chaque process sur la canalisation
d’alimentation en gaz, soit directement
soit par l’intermédiaire d’une cellule
de prélèvement / vanne à clapet
sphérique. Ces instruments sont
capables de détecter les problèmes
rapidement et d’aider à déterminer si
le problème est local ou plus général.
Enfin, les instruments à point de rosée
peuvent s’installer dans la zone de
travail général et être utilisés comme
moniteurs environnementaux.
Les aspects liés à la
contamination
Les capteurs de point de rosée
peuvent être contaminés dans
l’environnement de production par des
produits chimiques s’évaporant des
électrolytes utilisés dans le process.
Les électrolytes liquides d’une pile
lithium-ion typique contiennent
généralement des sels de lithium tels
que LiPF6, LiBF4 ou LiClO4 dans un
solvant organique – habituellement
un carbonate d’éthylène (EC),
de diméthyle (DMC) ou d’éthyle
méthyle (MEC). Tous ces solvants
sont potentiellement susceptibles
d’endommager un capteur de point
de rosée. Si l’électrolyte est LiPF6, il
se présente sous la forme de ions Li+
et PF6 -. La réaction avec H2O dans
l’environnement génère de l’acide
fluorhydrique (HF), acide puissant
érodant le film isolateur séparant la
cathode et l’anode, ce qui augmente le
risque de court circuit et d’incendie.
Ceci peut aussi détériorer le capteur
de point de rosée. Les challenges
sont similaires pour les diverses
formulations de piles.
Solutions pour la mesure
du point de rosée
Les solutions communément
apportées à la mesure du point de
rosée comprennent des hygromètres
à miroir refroidi, des capteurs en
oxyde d’aluminium ou en silicium et
des capteurs d’humidité à polymères.
Chaque type ayant ses points forts et
ses faiblesses.
L’hygromètre à miroir refroidi utilise
une réflexion optique pour détecter
la température de condensation sur
une surface réfléchissante (le miroir).
Ce type d’appareils est très précis
dans les conditions du laboratoire,
mais sujet à une erreur de mesure
connue sous le nom d’effet Raoult, le
gaz prélevé contenant des solvants
qui pénètrent dans la solution avec le
condensat se formant sur le miroir. Les
acides ou bases forts peuvent aussi
endommager la surface du miroir.
Les capteurs en oxyde d’aluminium
et en silicium peuvent mesurer des
températures de point de rosée
extrêmement basses. Ces appareils
exigent une étroite surveillance de
leur étalonnage, parce que tout gaz
contribuant à une oxydation continue
du capteur lui-même provoque un
écart de la mesure.
Les capteurs polymères peuvent être
composés de manière à être résistants
à une grande variété de contaminants
chimiques. Malheureusement, la
plupart fonctionnent exclusivement
dans le domaine du pourcentage
Pour plus d’informations, rendez-vous
sur notre site www.vaisala.fr ou écriveznous à l’adresse [email protected]
de l’humidité relative et sont par
conséquents inadaptés à un usage
pour des valeurs du point de rosée
inférieures à -20 °C.
Vaisala offre un capteur de point de
rosée polymère de pointe, résistant
aux produits chimiques et conçu pour
obtenir la fiabilité sur le long terme
avec une dérive très faible. Ce capteur,
le Vaisala DRYCAP®, utilise un autoétalonnage pour la surveillance de
sa précision et fait les ajustements
éventuellement nécessaires. Une
fonction de purge du capteur
peut être lancée manuellement ou
automatiquement pour éliminer les
contaminants chimiques.
Aucune technologie de capteurs de
point de rosée ne convient à elle
seule à toutes les applications. La
technologie Vaisala DRYCAP® est
cependant testée et éprouvée dans
des applications diverses, dont la
surveillance de salle sèche, depuis
plus de dix ans. Les instruments
Vaisala DRYCAP® sont disponibles sous
forme de transmetteurs peu onéreux
ou d’appareils de terrain totalement
configurables. Ils sont faciles à installer
et à utiliser. Tous ont des sondes avec
un filetage ISO ou NPT standard. Les
cellules de prélèvement de Vaisala
sont disponibles avec des raccords
filetés acceptant une grande variété de
fixations, ou avec des raccords soudés
adaptables à des tubes de 6 mm ou
1/4”. Une installation avec une vanne à
clapet sphérique permet d’installer ou
de retirer la sonde de point de rosée
sans arrêter le process.
Pour un avis d’expert sur la mesure du
point de rosée et voir si les instruments
Vaisala DRYCAP® sont bien pour vous,
contactez Vaisala.
Ref. B210915FR-A ©Vaisala 2010
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écrit préalable de Vaisala. Toutes les spécifications — y compris
techniques – sont susceptibles d’être modifiées sans préavis.
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