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Las baterías de iones de litio (Li-ion) han dominado la industria de la electrónica portátil durante casi dos décadas. Estas baterías son conocidas por ofrecer densidades de energía volumétrica casi inigualables y ahora también alimentan vehículos eléctricos (EV) de cero emisiones y vehículos eléctricos híbridos enchufables. Además, el calentamiento global, los crecientes niveles de contaminación y la crisis energética son desafíos globales que obligan a todas las principales economías a maximizar la conversión de energía a partir de fuentes renovables. En los últimos años, también hemos visto un enorme crecimiento en el transporte ecológico que utiliza energías alternativas, así como vehículos eléctricos.

La movilidad eléctrica se ha identificado especialmente como una ruta segura, eficiente y rentable para abordar las preocupaciones medioambientales y económicas globales. Estos factores en conjunto han resultado en un aumento exponencial en la demanda de baterías de iones de litio en los últimos años, tanto para requisitos de almacenamiento estacionario como para vehículos eléctricos. Si bien se han producido avances impresionantes en la exploración de materiales para electrodos, se espera que las químicas basadas en litio dominen el segmento durante muchos años más.

El mercado mundial de baterías de iones de litio está entrando en fase de aumento y se espera que muestre un crecimiento anual constante y pronunciado durante la próxima década. Un aumento tan fuerte de la demanda creará nuevos riesgos para la cadena de suministro de baterías de iones de litio, particularmente en torno a la disponibilidad de materias primas. Los fabricantes de baterías atraviesan ahora una crisis de materias primas y la industria necesita urgentemente aliviar las presiones vinculadas a la disponibilidad de materias primas para satisfacer las necesidades cada vez mayores.

Gujarat Fluorochemicals Limited (GFL) se ha convertido en un proveedor líder de productos fluorados para los mercados globales durante las últimas tres décadas. GFL tiene experiencia en cuatro principales verticales de productos: fluoropolímeros, fluoroespecialidades, refrigerantes y productos químicos. Con sus operaciones integradas verticalmente y su acceso a materias primas clave, la empresa será ahora un importante proveedor de materias primas para baterías. Con productos que van desde aglutinantes hasta sales de electrolitos y más, la empresa pretende explotar su experiencia en química del flúor para el desarrollo, la fabricación y el suministro de productos de valor añadido para la industria de las baterías.

Con sede en Noida, India, Gujarat Fluorochemicals Limited (GFL) forma parte del Grupo INOX-GFL. El grupo tiene segmentos comerciales diversificados que comprenden fluoropolímeros, productos químicos especializados, energía eólica y energías renovables.

Las operaciones comerciales de la empresa comenzaron en 1989 con la unidad de fabricación de refrigerantes más grande de la India en Ranjitnagar, Gujarat, India. El sitio se amplió aún más para producir productos de fluoroespecialidad que satisfagan las crecientes demandas de las industrias agrícola y farmacéutica mundial.

GFL incursionó en nuevos caminos en 2007, con una de las instalaciones más integradas del mundo en Dahej, Gujarat, India, y ahora cuenta con una cartera diversa de fluoropolímeros que comprende PTFE, PFA, FEP, FKM, PVDF y aditivos de fluoropolímeros.

Con tres instalaciones de fabricación en India, una mina cautiva de espato flúor en Marruecos, oficinas y almacenes en Europa y EE. UU., y una red de marketing repartida por todo el mundo, GFL es un actor establecido en los mercados de fluoropolímeros y fluoroespecialidades.

La propuesta de valor clave de GFL es su integración vertical desde minerales naturales hasta productos de valor agregado: fluoropolímeros y fluoroespecialidades. Esta fuerte integración vertical permite a GFL garantizar un entorno de fabricación ininterrumpido necesario para cumplir con los requisitos del cliente y al mismo tiempo mantener los más altos estándares de calidad.

GFL se esfuerza por crear valor sostenible a través de sus negocios y, por lo tanto, se compromete a promover el "Valor a través de la química verde" y un enfoque firme en la excelencia operativa y la sostenibilidad. Guiadas por sólidas capacidades intelectuales y tecnología de la nueva era, sus instalaciones pueden manejar eficientemente el desarrollo de nuevos productos y satisfacer la creciente demanda de diferentes tipos de productos químicos. Con competencia central en el sector químico durante más de 30 años y operaciones competitivas en costos, la compañía ha podido integrar estrategias a la perfección para mantener el liderazgo en los principales segmentos comerciales. Además, el énfasis en productos que agregan valor permite a GFL mantener una ventaja competitiva y, al aprovechar sus fortalezas clave, GFL espera ingresar con éxito en la cadena de suministro de baterías de iones de litio.

GFL se ha posicionado como uno de los principales productores de fluoropolímeros del mundo, ofreciendo una amplia gama de productos adecuados para sus clientes globales de sectores como el automotriz, aeroespacial, semiconductores, electrónica, energía y electrodomésticos comunes. Los fluoropolímeros, con su conjunto único de propiedades, son productos especiales de alto rendimiento que son fundamentales para el avance tecnológico y son la columna vertebral de las industrias de la nueva era, como los vehículos eléctricos, la energía renovable, las pilas de combustible de hidrógeno, el Internet de las cosas, etc. Un conjunto de propiedades también es importante para diversas aplicaciones en la fabricación de baterías de Li-on y los fluoropolímeros se utilizan ampliamente como aglutinantes, separadores y materiales selladores de alto rendimiento en baterías.

InoflarTM PVDF es un fluoropolímero con excelentes propiedades termomecánicas, resistencia a la abrasión y resistencia química. Con un buen equilibrio de estas propiedades, el PVDF se utiliza ampliamente en una amplia gama de aplicaciones para la industria de procesos químicos, petróleo y gas, semiconductores y revestimientos arquitectónicos. A diferencia de otros fluoropolímeros, el PVDF también es soluble en disolventes polares como el NMP, lo que lo convierte en el material preferido para membranas de filtración y para su uso como aglutinante en formulaciones de electrodos.

Las baterías de litio exigen confiabilidad a largo plazo, resistencia química y electroquímica, así como rendimiento a altas temperaturas en el entorno químico específico de las celdas de iones de litio. Los aglutinantes de PVDF de Inoflar son resinas de muy alto peso molecular conocidas por ofrecer la alta adhesión necesaria para garantizar la seguridad y durabilidad de las baterías de iones de litio. Esto se ve respaldado además por las propiedades de bajo hinchamiento del PVDF con respecto a los disolventes, sales y aditivos orgánicos típicos utilizados en formulaciones de electrolitos.

GFL también se está centrando en el desarrollo de grados avanzados de aglutinantes de PVDF con una adhesión mejorada y al mismo tiempo manteniendo una fácil procesabilidad para los requisitos del mercado de baterías más seguras con mayor densidad de energía y un rendimiento excepcional a altas temperaturas.

Para fortalecer aún más su compromiso con la cadena de suministro de baterías de Li-on, GFL ya ha invertido en la instalación de capacidades adicionales de PVDF dedicadas a la aplicación de aglutinantes en sus instalaciones de fabricación integradas para mantenerse al día con los requisitos del mercado. Como la mayoría de sus otros productos, GFL está invirtiendo en integración hacia atrás, asegurando la disponibilidad de materia prima adecuada para respaldar la expansión de la capacidad según los requisitos del mercado.

Los fabricantes de baterías siempre intentan adoptar un enfoque sin concesiones en cuanto a la seguridad de las baterías. Las baterías de iones de litio pueden hacerse más seguras haciéndolas "inteligentes" incorporando una capa adicional de inteligencia en las baterías. Esta capa adicional no es más que el uso de materiales de alto rendimiento en todos los componentes de la batería. Esto ayuda a tomar acciones oportunas, evitando daños al sistema y garantizando la seguridad de la batería.

La industria de las baterías de iones de litio utiliza cada vez más piezas de plástico en sus procesos de fabricación, principalmente para reducir el peso total de las baterías. Los componentes de plástico incorporados en las baterías incluyen separadores, juntas y componentes de carcasa. Los plásticos también ofrecen buenas características de absorción de impactos y evitan daños a la unidad celular básica debido a golpes accidentales menores. Los plásticos también pueden reducir el costo de producción de las baterías y eventualmente pueden reemplazar a la mayoría de los componentes metálicos de las baterías. Con el aumento de los componentes de plástico utilizados en las baterías, también es importante utilizar los materiales adecuados para los componentes de la batería para garantizar un funcionamiento seguro de dichas baterías. Varios fluoropolímeros fabricados por GFL encuentran aplicaciones en baterías de iones de litio para mejorar la seguridad operativa general de estas baterías y cumplir con exigentes estándares de seguridad para aplicaciones clave.

Ha habido un cambio importante de los metales a los plásticos en la fabricación de baterías. Fluonox® FKM es una familia de fluoroelastómeros conocidos por su resistencia química y rango de temperatura operativa en los entornos más exigentes. Estos FKM son una opción ideal para juntas de celdas en baterías avanzadas de iones de litio. La excepcional resistencia química y a la deformación por compresión ayuda a las juntas de celda FKM a lograr un excelente rendimiento de sellado durante el funcionamiento. Las juntas Fluonox FKM mejoran significativamente la eficiencia de contención del electrolito y, por tanto, la seguridad de cada celda.

Las resinas Inoflon® PFA ofrecen una excepcional resistencia química y a la temperatura y una permeabilidad muy baja a los gases y la humedad. Las resinas Inoflon PFA son fluoroplásticos procesables por fusión con muy buena procesabilidad y se pueden moldear fácilmente en juntas delgadas que se pueden usar en el ensamblaje de celdas. Con una temperatura de funcionamiento continuo de hasta 250 °C y resistencia a soluciones electrolíticas, el uso de juntas fabricadas con resinas Inoflon PFA ofrece seguridad adicional a las baterías de alto rendimiento.

El uso de materiales plásticos para las carcasas reduce significativamente el peso total de las baterías. INOLUBTM R Series e I-SAN, cuando se combinan con material de carcasa de plástico, confieren retardo de llama a la carcasa. Esto garantiza la contención del incendio de la batería en caso de cualquier mal funcionamiento. Estos aditivos son eficaces en concentraciones bajas y normalmente se utilizan para contener la propagación del fuego mediante la eliminación de gotas en llamas que caen de artículos de plástico. Estos aditivos también confieren características antigoteo al material de la carcasa, lo que garantiza aún más la seguridad en caso de fugas térmicas.

Los aditivos INOLUB se pueden utilizar en muchos compuestos poliméricos, como policarbonato (PC), acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), PC/ABS, poli (óxido de p-fenileno) (PPO), tereftalato de polibutileno (PBT), poliestireno de alto impacto ( HIPS) y polipropileno (PP). Previene el goteo durante la combustión y mejora la capacidad del compuesto polimérico para cumplir con la clasificación UL-94 V0, incluso a niveles de dosificación bajos del 0,1 al 0,5 %.

Los procesos de fabricación de baterías de iones de litio convencionales normalmente constan de un proceso de recubrimiento húmedo que utiliza un aglutinante de PVDF disuelto en NMP. El material activo se dispersa en esta solución de PVDF-NMP para formar la suspensión del electrodo que recubre el conductor metálico. NMP o N-metil-2-pirrolidona es el disolvente más común para fabricar electrodos catódicos en la industria de las baterías; sin embargo, se está restringiendo en varios países debido a su impacto ambiental negativo y su toxicidad. Si bien la mayor parte de este solvente se recupera en el proceso de fabricación de celdas, las restricciones regulatorias en constante evolución representan una grave amenaza para el proceso de recubrimiento húmedo convencional y los fabricantes de baterías investigan constantemente nuevos procedimientos para eliminar el uso de solventes NMP.

Una de esas tecnologías en evolución implica un proceso de recubrimiento en seco que utiliza polvos de PTFE de alta pureza como aglutinantes. La tecnología requiere polvos especiales de PTFE con altas características de fibrilación para unir el material activo. La alta fibrilación en PTFE requiere una alta cristalinidad y un alto peso molecular del polímero. También es importante que el PTFE no fibrile antes de mezclar el material activo.

GFL ya ha desarrollado grados especiales de PTFE que son adecuados para el proceso de recubrimiento en seco. Estos grados de PTFE se optimizarán aún más con enfoques agresivos de I+D, en caso de que se produzca una transición a un proceso de recubrimiento seco en los próximos años.

En un mundo que se centra en la sostenibilidad, la energía verde y el transporte ecológico se están volviendo cada vez más parte integral de nuestra vida diaria. Con el rápido crecimiento de los vehículos eléctricos e híbridos, los fabricantes mundiales de automóviles están invirtiendo en movilidad eléctrica, lo que está impulsando una demanda récord de baterías de iones de litio. El crecimiento en otros sectores, como las telecomunicaciones, la electricidad y la energía, se ha sumado aún más a esta demanda de requisitos de almacenamiento de energía. Un aumento tan fuerte de la demanda ha creado nuevos riesgos para la cadena de suministro de baterías de iones de litio, particularmente en torno a la disponibilidad de materias primas.

Con la intención de contribuir al impulso global de energía verde y soluciones de almacenamiento de energía que requieren una demanda creciente de materias primas para baterías de iones de litio, GFL ha creado una filial de su entera propiedad: GFCL EV Products Limited. Aprovechando su experiencia en química del flúor y su enfoque en la química verde, la compañía operará en las áreas de brindar soluciones para toda la cadena de valor de todo tipo de baterías, componentes de baterías y productos para aplicaciones de almacenamiento de energía.

El mercado de dispositivos avanzados de almacenamiento de energía se expandirá, impulsado por el desarrollo de productos más nuevos y áreas de aplicación más amplias. En consecuencia, es probable que crezca la demanda de baterías de iones de litio, una perspectiva para la cual se espera que sea cada vez más importante garantizar un suministro estable del material electrolítico para la batería.

El electrolito juega un papel clave en el transporte de iones de litio positivos entre el cátodo y el ánodo, que es la base de la funcionalidad de la batería. Si bien existen varias formulaciones de electrolitos, todas las formulaciones de electrolitos para baterías de iones de litio suelen tener una sal de litio (hexafluorofosfato de litio (LiPF6)) en una solución orgánica.

Teniendo esto en cuenta, GFCL EV ha dado un paso adelante en la cadena de suministro de baterías al establecer la planta de fabricación de LiPF6 más grande de la India en un complejo bien integrado que se espera entre en funcionamiento en el primer trimestre de 2023. La planta también tendrá un diseño modular para rápidos aumentos de capacidad para satisfacer la creciente demanda de sal de litio. La organización nuevamente tiene la intención de explotar su experiencia en química del flúor, la disponibilidad de materias primas clave, como el ácido fluorhídrico anhidro de grado electrónico, y los conocimientos y activos existentes para llevar LiPF6 a los mercados de baterías rápidamente.

Además de la sal de litio, GFCL EV se integrará aún más en la fabricación de la línea de productos de electrolitos para baterías de alta pureza. La cartera de electrolitos incluirá tanto soluciones de electrolitos estándar como formulaciones personalizadas según los requisitos de los clientes.

Además de la sal de litio, es necesario incluir una variedad de aditivos en el electrolito terminado para darle las propiedades requeridas a la solución de electrolito. Estos aditivos de electrolitos para baterías de iones de litio mejoran la estabilidad de las celdas e imparten diversas características de rendimiento a las celdas. GFCL EV ya ha considerado el desarrollo de estos aditivos que mejoran el rendimiento en su hoja de ruta de I+D, que respaldará futuros desarrollos en celdas de iones de litio. La empresa sigue con entusiasmo las nuevas tecnologías en almacenamiento de energía y está comprometida con el desarrollo de nuevos materiales necesarios para químicas de celdas alternativas, así como baterías de próxima generación.

Gujarat Fluoroquímicos GmbH(+49) 40-808074-667[email protected]www.gfl-europe.com

GFL Américas LLC(+1) 512-446-7700www.gflamericas.com

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