Lithi­um-Ionen-Bat­te­rien auf der Bat­te­ry Show Euro­pe 2021

Eirich Mix­Sol­ve über­zeu­gen bei der Her­stel­lung von Elek­tro­den­mi­schun­gen vom Labor bis zur Giga­fac­to­ry. Dabei sichert der Con­ti­Fee­der Pro­zess eine kon­ti­nu­ier­li­che Coa­ter-Ver­sor­gung. Über die zukunfts­fä­hi­gen Lösun­gen für Lithi­um-Ionen-Bat­te­rien infor­miert Eirich anläss­lich der Bat­te­ry Show Euro­pe 2021 in Hal­le 8, Stand 126.
Die Her­stel­lung von Elek­tro­den­mi­schun­gen für Lithi­um-Ionen-Bat­te­rien zählt zu den anspruchs­volls­ten Auf­ga­ben im Bereich der Misch­tech­nik. Aktu­ell wer­den für die Beschich­tung der Elek­tro­den über­wie­gend Slur­ries ein­ge­setzt. Die Misch­qua­li­tät bei der Her­stel­lung die­ser Slur­ries hat direk­ten Ein­fluss auf deren Ver­ar­beit­bar­keit und die Zellperformance.

Ide­al vom Labor­maß­stab bis zur Gigafactory

Der Kon­zern bie­tet somit einen Inten­siv­mi­scher, der spe­zi­ell für die­se Anwen­dung opti­miert ist. Ver­füg­bar sind Lösun­gen vom Labor­maß­stab mit weni­gen 100 ml bis zu einem Durch­satz von 1.000 l / h pro Mischer. Das Pro­dukt unter­schei­det sich von kon­ven­tio­nel­len Misch­sys­te­men, z. B. Pla­ne­ten­mi­schern, durch sei­nen dre­hen­den Misch­be­häl­ter mit dem dar­in exzen­trisch ange­ord­ne­ten Misch­werk­zeug. Die­ses wird hin­sicht­lich sei­ner Geo­me­trie und Geschwin­dig­keit opti­mal auf die ver­fah­rens­tech­ni­sche Auf­ga­be abge­stimmt. „Wir kön­nen mit dem Mix­Sol­ver her­vor­ra­gend steu­ern, wel­che Scher­kräf­te wir in den unter­schied­li­chen Auf­be­rei­tungs­pha­sen einbringen.
Das gibt uns opti­ma­le Mög­lich­kei­ten, die Eigen­schaf­ten der Slur­ries zu beein­flus­sen. Letzt­lich pro­fi­tie­ren unse­re Kun­den durch höhe­re Fest­stoff­ge­hal­te und beson­ders leis­tungs­star­ke Bat­te­rien“, erläu­tert Dr. Ste­fan Gerl, Lei­ter der Ver­fah­rens­tech­nik. Ein wei­te­rer Vor­teil ist, dass die Slur­ry-Qua­li­tät auch bei einer Erhö­hung der Durch­satz­leis­tung iden­tisch gehal­ten wer­den kann, da nur der Füll­grad erhöht oder die Leer­lauf­zei­ten redu­ziert wer­den. Das ver­ein­facht ein Sca­le-up und erhöht die Fle­xi­bi­li­tät ungemein.

Schnell und ener­gie­ef­fi­zi­ent zum per­fek­ten Slurry

Der Mix­Sol­ve  ermög­licht einen Pro­zess, der in 15–20 Minu­ten zu opti­mal disper­gier­ten Elek­tro­den-Slur­ries führt. Im ers­ten Schritt wer­den alle tro­cke­nen Bestand­tei­le (Aktiv­ma­te­ria­li­en, Lei­truß, Bin­de­mit­tel und Addi­ti­ve) inten­siv tro­cken gemischt. Nach Zuga­be einer aus­rei­chen­den Teil­men­ge des Lösungs­mit­tels ent­steht durch Kne­ten zunächst eine plas­ti­sche Mas­se, was letzt­end­lich die Slur­ry-Qua­li­tät maß­geb­lich beein­flusst. Die Knet­mas­se wird im Anschluss bis zur gewünsch­ten Vis­ko­si­tät verdünnt.

„Mit einem Ener­gie­ver­brauch von etwa 16 Wh pro Liter auf Pro­duk­ti­ons­ma­schi­nen und außer­or­dent­lich hohen Fest­stoff­ge­hal­ten errei­chen wir im Ver­gleich zu allen ande­ren Ver­fah­ren zur Her­stel­lung von Elek­tro­den-Slur­ries einen abso­lu­ten Spitzenwert.“
— Dr. Ste­fan Gerl

Wäh­rend oder nach abge­schlos­se­nem Misch­vor­gang ermög­licht eine spe­zi­el­le Mess­pro­ze­dur mit dem Misch­werk­zeug eine Inli­ne-Vis­ko­si­täts­mes­sung zur Qua­li­täts­kon­trol­le, so dass nur Slur­ries inner­halb der vom Kun­den vor­ge­ge­be­nen Tole­ranz­bän­der aus dem Mischer ent­nom­men wer­den. Für direkt ent­gas­te Slur­ries wird der Mischer mit Eva­cMix Tech­no­lo­gie aus­ge­stat­tet. Den dre­hen­den Misch­be­häl­ter umgibt dann ein eng umschlie­ßen­der Druck­be­häl­ter, der dasEnt­ga­sen der Elek­tro­den­mi­schung über­la­gert zum Misch­pro­zess ermög­licht. Das Unter­neh­men bie­tet den Mix­Sol­ver außer­dem mit Dop­pel­man­tel für einen tem­pe­ra­tur­ge­führ­ten Pro­zess sowie mit Ex-Schutz an.

Opti­mal für die Just-in-time Ver­sor­gung der Coa­ter mit EIRICH ContiFeeder

Dem Wunsch nach einer leis­tungs­star­ken Anla­ge, die direkt mit der Beschich­tungs­an­la­ge ver­bun­den ist, trägt EIRICH mit dem Con­ti­Fee­der Pro­zess Rech­nung. Wie auch bei der Her­stel­lung im Extru­der wird die Elek­tro­den­mi­schung nach dem Misch­vor­gang in einen dem Mischer zuge­ord­ne­ten Slur­ry-Tank ent­leert. Hier kann eine zusätz­li­che Ent­gasung, Tem­pe­rie­rung und Qua­li­täts­kon­trol­le durch In-Line Sen­so­rik oder Pro­benah­me erfol­gen. Soll­te die Char­ge nach die­ser inten­si­ve­ren Qua­li­täts­kon­trol­le doch aus­nahms­wei­se ein­mal feh­ler­be­haf­tet sein, lässt sie sich von hier leicht aus­schleu­sen, ohne die in den Puf­fer-Tanks gela­ger­te Slur­ry nega­tiv zu beein­flus­sen. Bei Anla­gen mit hohen Durch­satz­leis­tun­gen schlie­ßen sich wei­te­re Puf­fer-Tanks als Zwi­schen­spei­cher an.
Aus dem letz­ten her­aus wer­den der oder die Coa­ter kon­ti­nu­ier­lich mit Slur­ry ver­sorgt. Damit pro­fi­tie­ren Anwen­der von den bes­se­ren Mög­lich­kei­ten der Qua­li­täts­kon­trol­le bei einem Batch-Pro­zess und gleich­zei­tig von den Vor­tei­len einer kon­ti­nu­ier­li­chen Coa­ter-Ver­sor­gung. „Dem Trend zu einer Inli­ne-Pro­zess­kon­trol­le und dem Wunsch nach IoT, tra­gen wir mit unse­rem Sys­tem Qua­li­Mas­ter LiB für die Qua­li­täts­si­che­rung und Pro­zess­op­ti­mie­rung Rech­nung“, betont Dr. Ste­fan Gerl. Die­ses baut auf dem seit Jahr­zehn­ten bewähr­ten und welt­weit im Ein­satz befind­li­chen Qua­li­mas­ter Qua­li­täts­sys­tem für Gies­se­rei-Form­stof­fe auf. „Damit wer­den meh­re­re Hun­dert Wer­te per­ma­nent gemes­sen, auf­ge­zeich­net und für MES Sys­te­me bereitgestellt.“

Auf dem Vor­marsch: tro­cken­pro­zes­sier­te Elektroden

Die LiB-Tech­no­lo­gie wird sich in den kom­men­den Jah­ren kon­ti­nu­ier­lich wei­ter­ent­wi­ckeln. Mit ihrer hohen Fle­xi­bi­li­tät in Bezug auf Roh­stof­fe und Ver­ar­bei­tungs­we­ge ermög­licht die EIRICH-Pro­zess­tech­no­lo­gie eine pro­blem­lo­se und schnel­le Anpas­sung an alle Bat­te­rie­roh­stof­fe, Rezep­tu­ren und Ver­ar­bei­tungs­for­men. Dr. Ste­fan Gerl rech­net damit, dass die Ent­wick­lung in den kom­men­den Jah­ren hin zu tro­cken­pro­zes­sier­ten Elek­tro­den geht. „Für uns ist das kein Pro­blem: Das Funk­ti­ons­prin­zip des Inten­siv­mi­schers eig­net sich her­vor­ra­gend für die Her­stel­lung von struk­tu­rier­ten Elek­tro­den-Dry-Mixes — ledig­lich die Betriebs­wei­se und eini­ge Betriebs­pa­ra­me­ter sind im Ver­gleich zu Elek­tro­den-Slur­ries anzu­pas­sen“, sagt Dr. Gerl. Für Eirich-Kun­den ist dem­nach kein Aus­tausch des Mischers mehr not­wen­dig, wenn Pro­zes­se oder Rezep­tu­ren in der Zukunft ver­än­dert werden.