Pumpen für die Herstellung von Lithium-Ionen-/Festkörper-Akkus
Schlauchpumpen für die Herstellung von Lithium-Ionen- und Festkörper-Akkus
Die peristaltischen Technologien von Albin Pump sind ideal für Anwendungen zur Produktion von Lithium-Ionen- und Festkörper- Akkus. Mit bewährten Schlauchpumpentechnologien sind unsere Schlauchpumpen robust genug für den Umgang mit sehr abrasiven und korrosiven Stoffen und dennoch präzise für die genaue Dosierung und Messung von Bindemitteln und Additiven. Darüber hinaus bieten unsere Schlauchpumpen ein dosiertes Pumpen mit geringer Scherung, um die empfindlichen Medien zu schützen, die sie fördern.
Beim Umgang mit stark säurehaltigen Stoffen wie Säureschlämmen kommt nur das Innere des Gummischlauchs mit dem Medium in Kontakt, keine metallischen Teile. Das Pumpengehäuse enthält für zusätzlichen Schutz ein Schmiermittel, das die Reibung vermindert und für die beste Pumpenleistung beim geringsten Wartungsaufwand sorgt. Unsere Schlauchpumpen sind auch in trockenlaufenden Varianten erhältlich, die eine hohe Leistung bei geringem Wartungsaufwand erreichen und Verunreinigungen verhindern, um die Integrität des Produkts zu schützen.
Unsere Schlauchpumpen erfüllen die strengen Anforderungen des Herstellungsprozesses von Lithium-Ionen-Akkus. Sie werden ohne Kupfer, Zink oder Nickel hergestellt.
Lithium-Ionen vs. Festkörper-Akkus
Lithium-Ionen-Akkus (Li-Ion) werden erfolgreich als beliebte Stromquelle für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter vor allem tragbare Elektronikgeräte wie Notebooks und Smartphones. Sie sind auch zu einem wesentlichen Bestandteil der Produktion von Elektro- und Hybridfahrzeugen geworden. Experten prognostizieren für die nächsten 15 Jahre eine Steigerung des Absatzes von Elektrofahrzeugen um bis zu 50 %.
Obwohl sie derzeit eine sehr beliebte und zuverlässige Technologie sind, bleibt eine Einschränkung bestehen – das begrenzte Angebot an Lithiumreserven, die ihre Anwendung in Zukunft einschränken wird.
Als zukunftssicherere Alternative erlebt der Festkörper-Akku (SSB) eine Renaissance. SSBs, die im 19. Jahrhundert entdeckte Materialien verwenden, werden typischerweise im Gesundheitswesen, Mobilen Technologien und Drohnen verwendet. Das Wiederaufleben von SSB gilt insbesondere für die Herstellung von Elektrofahrzeugen, da globale Automobilunternehmen bereits in die Entwicklung von SSB-Technologien für ihre Anwendungen investieren. SSBs haben eine höhere Energiedichte, benötigen weniger Platz und sind leichter als Lithium-Ionen-Akkus.
Während einige Schwachstellen wie Langlebigkeit und hohe Materialkosten noch zu verbessern sind, wird SSB in Zukunft die Li-ion-Technologie ablösen.
Ein Blick auf die Herstellung von Lithium-Ionen- und Festkörper-Akkus
Bei der Herstellung von Lithium-Ionen- und Festkörper-Akkus werden die folgenden komplexen Prozesse verwendet, um zum Endprodukt zu gelangen:
- Gewinnung und Verarbeitung von Rohstoffen
- Entwicklung von Batteriezellen-Komponenten
- Herstellung von Batteriezellen
- Herstellung des Akkupacks
Die Entwicklung der Zellkomponenten, die letztendlich zur Herstellung der Batteriezelle führen (Stufen 1 und 2), erfordert die sichere Kombination chemischer Verbindungen und den Transport zwischen Vorverarbeitungs-, Reaktions- und Nachverarbeitungsphasen, um eine funktionierende Kathode und Anode zu schaffen. Kathoden und Anoden sind Elektroden, die es dem Akku ermöglichen, einen elektrischen Strom zu führen.
Die Kathode und die Anode bilden einen grundlegenden elektrischen Pfad. Eine Kathode ist die Elektrode, aus der ein herkömmlicher Strom ein polarisiertes elektrisches Gerät verlässt. Die Anode ist eine Elektrode, durch die der herkömmliche Strom in ein polarisiertes elektrisches Gerät eintritt. Die Kapazität und mittlere Spannung eines Akkus wird durch die Kathode bestimmt. Währenddessen speichert die Anode Lithiumionen und setzt sie frei, wodurch Ströme durch einen externen Stromkreis fließen können. Beim Laden des Lithium-Ionen- Akkus wandern Elektronen von der Kathode zur Anode. Wenn der Akku ein Gerät mit Strom versorgt, wandern die Elektronen von der Anode zur Kathode.
Akku-Fertigungsanwendungen für Pumpen
Der Umgang mit chemischen Verbindungen zum Aufbau einer Batteriezelle erfordert spezielle Ausrüstung zum Transfer der chemischen Medien, die in Form einer Flüssigkeit oder eines Pulvers vorliegen. Die geförderten Chemikalien sind normalerweise abrasiv, korrosiv oder scherempfindlich. Bei der Auswahl der Ausrüstung, die solchen Zusammensetzungen standhalten kann, müssen besondere Überlegungen angestellt werden.
Es ist wichtig, dass in der Kathodenproduktion nichtleitende benetzte Teile verwendet werden. Leitende/metallische Teile, die mit dem Kathodenslurry in Kontakt kommen, stellen eine Kontaminationsgefahr dar und können die Qualität der Lithium-Ionen-Batteriezelle beeinträchtigen. Aus diesem Grund müssen Hersteller von Schlauchpumpen, die im Prozess verwendet werden, die strengen Anforderungen der Lithium-Ionen-Akku-Herstellung erfüllen, indem sie in den Komponenten ihrer Pumpen auf Kupfer, Zink oder Nickel verzichten.
Eine Anlage wird spezialisierte Lithium-Ionen- oder Festkörper-Akku-Fertigungspumpen implementieren, um den Großteil des Transfers chemischer Medien durchzuführen, der in den folgenden, für die Herstellung von Batteriezellen essenziellen Prozessen verwendet wird.
Vorprodukte für die Kathode
Kobalt und Nickel sind Rohstoffe, die bei der Herstellung von Vormaterialien für Kathoden in Lithium-Ionen-Akkus verwendet werden, während sulfidische Ionenleiter wie Lithium-Argyrodit in Festkörper-Akkus verwendet werden. Um das Vorprodukt für eine Kathode herzustellen, werden folgende Prozessschritte verwendet:
- Vorverarbeitung– Salzlösung und -anteil, wobei Ammoniak als Ionenkomplexbildner verwendet wird
- Reaktion – wässriges Alkali und Komplexbildner werden in einen Behälter gegeben, wo sie reagieren, um sich zu ternären Vorläuferkörnern zu verbinden
- Nachbearbeitung - nachdem das Korn eine festgelegte Größe erreicht hat, wird diese Lösung filtriert, gewaschen und getrocknet, um den ternären Vorläufer zu erhalten
Diese Prozesse erfordern, dass die Unversehrtheit des Produkts sorgfältig aufrechterhalten wird, indem eine zuverlässige und scherarme Pumpausrüstung verwendet wird, die ein genaues Proportionieren, Dosieren und/oder Messen ermöglicht. Die meisten Albin Pump-Schlauchpumpenanwendungen finden während der Kathodenherstellungsphase der Batteriefertigung statt. Eine Liste dieser Anwendungen finden Sie nach dem Abschnitt Separationsfolie / Elektrodenbeschichtung.
Anodengraphitisierung
Bei der Graphitisierung werden Rohstoffe über einen längeren Zeitraum extrem hoher Hitze (2500 bis 3300 K) ausgesetzt, um natürlichen oder synthetischen Graphit herzustellen, der zur Herstellung von Anoden verwendet wird. Zusätzlich wird der Graphit mit Fluss-, Salz- und Schwefelsäure gereinigt.
Während der Anodengraphitisierung werden spezielle Pumpen benötigt, um saure Lösungen zu fördern, Säuren und Verunreinigungen zu filtern und für die Abwasserbehandlung.
Separatorfolienherstellung und Elektrodenbeschichtung
Separatorfolie ist eine durchlässige Membran, die zwischen Anode und Kathode eines Akkus angebracht wird. Die Folie verhindert, dass die Elektroden in Kontakt kommen, ermöglicht aber die freie Bewegung von Ionen zwischen ihnen. Sie wirken als Isolatoren, können aber Ionen leiten.
Die Elektrodenbeschichtung erzielt das gleiche Ergebnis, außer dass eine speziell formulierter Paste (Slurry) verwendet wird. Das ist eine Mischung aus festen leitfähigen Partikeln und aktiven Materialien, Polymerbindemitteln und einem Lösungsmittelmedium. Die Elektrode wird mit der Paste beschichtet und dann getrocknet.
Die Separatorfolie wird mit einem speziellen Kunststoffextrusionsverfahren hergestellt, bei dem lange Rollen der Folie erzeugt werden, während bei der Elektrodenbeschichtung der Slurry auf Stromkollektoren „bandgegossen“ wird.
Anwendungen für Albin Pump in der Lithium-Ionen- und Festkörper-Akku-Fertigung
Pumpen werden benötigt, um verschiedene Funktionen sowohl in Lithium-Ionen- als auch in Festkörper-Herstellungsprozessen zu erfüllen. Schlauchpumpen von Albin Pump wurden entwickelt, um die Anforderungen dieser Prozesse zu erfüllen und zu übertreffen, einschließlich:
- Slurrytransfer (geringe Scherung erforderlich)
- Waschrecycling und Abwasseraufbereitung
- Filterpresse
- Kathoden- oder Anoden-Slurry-Transfer
- Dosierung
- Transfer von gemischtem Keramikschlick
- Bindemitteldosierung und -transfer
- Entladen des Reaktors zum Beschichter
Ein wachsender Markt
Beide wiederaufladbaren Akku-Technologien stellen, obwohl sie komplex in der Herstellung sind, eine Lösung für unseren Bedarf an tragbarer Energie dar. Seit der Einführung von Lithium-Ionen- Akkus im Jahr 1991 ist der Markt dafür exponentiell gewachsen und wurde im Jahr 2020 auf 45,3 Milliarden US-Dollar geschätzt. Bis 2026 wird ein Wachstum von mehr als 15 % prognostiziert. Unterdessen wird erwartet, dass der SSB-Markt bis 2025 rund 1,4 Milliarden USD erreichen wird.
Angetrieben von der Marktnachfrage nach tragbarer Elektronik und Elektro- und Hybrid-Elektrofahrzeugen sind weltweit Fabriken entstanden, die ausschließlich der Herstellung von Lithium-Ionen- und Festkörper-Akkus gewidmet sind. Um die weltweite Produktion schnell hochzufahren und der explodierenden Nachfrage nachzukommen, wollen diese Batteriewerke stark in die wirtschaftlichsten und zuverlässigsten Batteriefertigungsanlagen investieren. Sie erwarten eine hohe und effiziente Leistung, um auf dem Markt wettbewerbsfähig zu bleiben.