¿Es útil la fluorescencia de rayos X para analizar materiales en la producción de baterías de iones de litio?

Las baterías de iones de litio están hechas de una variedad de materiales que utilizan muchas sustancias químicas a base de litio, incluido el óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto, el fosfato de litio, hierro y el titanato de litio, según su finalidad. Los químicos deben contener los elementos correctos en cantidades precisas para cumplir con las especificaciones del cliente y funcionar como se espera.

La espectrometría de fluorescencia de rayos X portátil (HHXRF) es una tecnología que puede identificar la presencia y medir la concentración de elementos desde magnesio (número atómico 12) hasta uranio (número atómico 92)… lo que la hace útil durante varias fases de la producción de baterías.

El elemento litio, un metal alcalino, constituye sólo el 0,0007% de la corteza terrestre, según el Laboratorio Jefferson. Fue descubierto en el mineral petalita y solo se encuentra en minerales y salinas.

El litio es el número atómico 3 en la tabla periódica y no se puede medir con la tecnología HHXRF. Entonces, ¿por qué es importante el HHXRF para la producción de baterías de iones de litio (LiB)?

HHXRF es importante porque, como se mencionó, los LiB están hechos de muchos materiales además del litio. Algunos de estos materiales son el níquel, el manganeso o el cobre (o incluso el cobalto, que es más escaso que el litio). Las aleaciones de litio metálico pueden mejorar la resistencia de algunos de esos metales y hacerlos más livianos. Y HHXRF es una herramienta útil para el análisis de aleaciones metálicas.

El uso de HHXRF en la cadena de valor de LiB comienza en la exploración y extracción de cobalto, cobre y manganeso. La tecnología permite a los geólogos descubrir y evaluar nuevos depósitos de esos productos. Más adelante en el proceso, ayuda a las empresas mineras a controlar la ley de los materiales extraídos.

Los analizadores XRF portátiles ayudan a los usuarios a examinar de manera confiable muestras de mineral en tajos abiertos y minas subterráneas, logrando la precisión requerida para proporcionar información defendible para la supervisión del proceso, el aseguramiento de la calidad y otras decisiones operativas (como el control de leyes). La tecnología HHXRF puede ayudar a determinar la viabilidad de recursos de menor ley y encontrar enriquecimientos localizados de alta ley, delinear el mineral de los límites de los desechos para reducir la aleatoriedad de la excavación y obtener datos defendibles y minimizar la necesidad de enviar muestras a laboratorios de pruebas externos.

Una segunda aplicación común de HHXRF en el proceso de producción de baterías de iones de litio es la verificación de los materiales empleados en los equipos utilizados para la fabricación de materias primas y celdas de LiB. De hecho, el uso de una aleación incorrecta en piezas críticas, como las paletas mezcladoras de las licuadoras o las cuchillas de las cortadoras, puede causar contaminación metálica del material de la batería y ser el origen de cortocircuitos y fallas eléctricas.

La verificación de materiales y la identificación del grado de aleación en QA/QC son claves para garantizar la confiabilidad y seguridad del producto. Una regulación cada vez más estricta hace que probar el 100% de los materiales críticos sea una de las mejores prácticas para los fabricantes actuales, incluidos los productores de LiB.

Las materias primas utilizadas en la fabricación de celdas de batería, como el material activo del cátodo, las láminas de aluminio y las láminas de cobre utilizadas como colectores de corriente, se pueden analizar en cuestión de segundos a unos minutos utilizando HHXRF, para verificar la consistencia de su composición.

HHXRF es probablemente el más útil al final de la cadena de valor de LiB. Ayuda a las empresas de reciclaje de baterías de iones de litio a identificar rápidamente el contenido de productos de reciclaje como la masa negra, que se obtiene triturando y tamizando baterías al final de su vida útil. Se utiliza para determinar el valor económico de la masa negra basándose principalmente en el contenido de níquel, cobalto, cobre y manganeso. También ayuda a las empresas que recuperan esos metales a optimizar su proceso de reciclaje reduciendo los residuos y mejorando el rendimiento.

El reciclaje de baterías es un componente esencial de un ecosistema de fabricación de baterías sostenible. Ayuda a reducir el impacto ambiental de la minería y reduce nuestra dependencia de nuevas fuentes de materias primas. 

Y, por supuesto, los fabricantes de baterías pueden utilizar HHXRF para comprobar la chatarra entrante que se utilizará en el proceso de producción, para asegurarse de que no haya sido contaminada con materiales no deseados.

La espectroscopía de fluorescencia de rayos X es una herramienta útil durante todo el proceso de producción de baterías de iones de litio, desde la exploración y la extracción de materias primas. Ayuda a confirmar el contenido de los materiales entrantes y los productos terminados salientes, así como a medir el contenido elemental en los materiales reciclados de las baterías.