Comment la technologie à électrode sèche redéfinit la production de batteries

Reconnue parmi les meilleures inventions de l'année 2024 du magazine Time, AM Batteries s'est rapidement imposée comme le leader de la technologie de fabrication d'électrodes sèches (DBE) pour les batteries lithium-ion utilisées dans les véhicules électriques, le stockage à l'échelle du réseau et l'électronique grand public. La méthode innovante de revêtement à sec Powder to Electrode™ de l'entreprise consiste à pulvériser directement le matériau actif sec sur les collecteurs de courant, éliminant ainsi les solvants toxiques et les sécheurs énergivores requis par les procédés traditionnels par coulée de pâte. (Un collecteur de courant est une fine feuille métallique, généralement en aluminium ou en cuivre, qui transporte des électrons dans et hors du matériau actif d'une batterie.)

Pour comprendre l'impact de l'innovation d'AM Batteries, envisagez le paysage plus large des batteries de véhicules électriques.

La fabrication d'électrodes par coulée de pâte nécessite un solvant N-méthylpyrrolidone (NMP), classé comme substance très préoccupante par l'Agence européenne des produits chimiques en vertu de la réglementation REACH en raison de sa toxicité pour la reproduction humaine. En outre, l'Agence américaine de protection de l'environnement a identifié le NMP comme présentant un risque déraisonnable de préjudice à la santé humaine en vertu de la loi sur le contrôle des substances toxiques.  

Le processus de fabrication d'électrodes sèches développé par AM Batteries élimine entièrement le solvant NMP. Ses avantages sont devenus évidents, car Tesla, LG Energy Solution et d'autres entreprises ont investi dans les DBE. Côté fabrication, l'utilisation de DBE permet un processus plus sûr et plus efficace en réduisant la consommation d'énergie et en éliminant les solvants toxiques. Sur le plan technologique, les DBE offrent une densité d'énergie et une évolutivité supérieures pour la production de batteries à grande échelle.

En outre, le processus de fabrication de DBE réduit les dépenses d'investissement jusqu'à 40 % et les dépenses d'exploitation de plus de 50 %. Les DBE peuvent également réduire l'empreinte de l'usine de batteries de cinq fois et réduire les coûts énergétiques de 75 %. Avec la demande mondiale en batteries en hausse, AM Batteries est bien positionnée pour permettre une fabrication plus propre, plus rapide et plus abordable.

Fondée en 2020 à Billerica, dans le Massachusetts, AM Batteries s'appuyait initialement sur les outils de développement de produits Autodesk® Inventor®, mais les limites sont devenues évidentes en 2024. Joel Hauerwas, ingénieur en mécanique et administrateur CAO, a expliqué qu'AM Batteries avaient atteint un point où il fallait améliorer la gestion des données, le développement et les processus de lancement.

Avec Inventor, le suivi des révisions était fastidieux, les processus de lancement étaient désordonnés et les données produits manquaient d'automatisation. « Les données de conception des produits étaient gérées dans le coffre-fort Inventor, qui offrait peu ou pas du tout d'automatisation », explique Hauerwas. « Le suivi des révisions était difficile, et les mises en plan et les processus de lancement des produits étaient désordonnés. Avant la commercialisation de notre technologie, nous avions besoin d'améliorer la gestion des données et d'automatiser nos processus de lancement pour soutenir la fabrication. »

En 2024, AM Batteries a remplacé Inventor par 3DEXPERIENCE® SOLIDWORKS® et un portefeuille d'applications connectées, notamment Manufacturing Definition Creator et Shop Floor Programmer. AM Batteries a migré 15 Go de données du coffre-fort Inventor vers le cloud avec l'aide du revendeur GoEngineer de SOLIDWORKS.

« Avant de passer à la gestion des données sur la plate-forme 3DEXPERIENCE dans le cloud, il était difficile de connaître l'état d'un produit ou les métadonnées supplémentaires pouvant être associées à une pièce », se souvient M. Hauerwas. « Ce qui est vraiment formidable avec 3DEXPERIENCE SOLIDWORKS, c'est qu'il ne s'agit pas seulement d'un outil de CAO, mais aussi d'un outil de gestion des données techniques. »

En centralisant les données et les processus, AM Batteries peut à présent gérer la numérotation des pièces, la publication des mises en plan, les ordres de modification technique (ECO) et les manuels de sécurité au sein d'un même environnement.

Avec le passage à SOLIDWORKS sur la plate-forme 3DEXPERIENCE, AM Batteries réduit de moitié les temps de réponse des ingénieurs en automatisant les demandes de modification technique et les flux de travail ECO. L'équipe a également simplifié les révisions des mises en plan pour les nouveaux équipements de fabrication et a facilité le partage et l'itération des conceptions, ce qui a facilité la collaboration entre l'équipe d'ingénierie.

Les modèles standardisés qui se mettent à jour automatiquement au sein de l'entreprise permettent de gagner du temps supplémentaire. Ce changement représente bien plus qu'une simple mise à niveau technique. « Aujourd'hui, les modèles sont automatisés et standardisés, de sorte que tout le monde utilise les mêmes modèles partagés qui sont liés à la plate-forme 3DEXPERIENCE », explique M. Hauerwas. Ce changement a permis de renforcer le contrôle des révisions, d'améliorer la capacité de recherche et de rationaliser les processus de lancement.

Alors que la demande de batteries lithium-ion s'accélère, la fabrication d'électrodes sèches est en train de devenir l'avenir de l'industrie. Alimentée par la plate-forme 3DEXPERIENCE et prise en charge par GoEngineer, AM Batteries ne se contente pas d'inventer des batteries plus propres, plus rapides et moins chères, elle montre au monde entier comment les commercialiser.