Lithiumbasierte Batterietechnologien für Elektrofahrzeuge verwenden Lithiumionen als Ladungsträger. Je nach technischen Anforderungen der Anwendung wird Lithium mit verschiedenen Chemikalien verwendet, wie Graphit für die Anode sowie Nickel-, Mangan- oder Kobaltoxide für die Kathode. Alle diese Materialien besitzen gute Eigenschaften für Lithiumeinfügung oder -interkalation, was es ermöglicht, große Energiemengen zu speichern.
Jeder Produktions- und Herstellungsprozess von Lithium-Ionen-Akkus beginnt mit der Herstellung der Suspension, die zur so genannten „Elektrodenaufschlämmung“ wird.
Diese Suspension ist eine Mischung aus Aktivstoff, leitfähigen Zusätzen, einem Lösungsmittel und einem Polymerbindemittel. Diese Materialien müssen alle in einem Mischgefäß mit einem gut ausgewählten Rührer gemischt werden.
Um die Dringlichkeit der Auswahl eines geeigneten Rührwerks zu erklären, müssen wir zunächst die Bedeutung des Elektrodenschlamms selbst erläutern.
Was ist Elektrodenschlamm?
Die Elektrodenaufschlämmung besteht im Wesentlichen aus Elektrodenmaterialien, die in einem organischen Lösungsmittel dispergiert sind.
Die Elektrodenschlamm wird nach der Vorbereitung für den nächsten Schritt mit Kupfer- und Alufolie beschichtet, getrocknet und kalendiert.
Diese Folie zusammen mit der aufgetragenen Suspension wirkt als Kathode und Anode.
Materialien für die Elektrodenaufschlämmung und ihre Rolle
Aktives Material: Reaktierende Lithiumionen
NMP-Lösungsmittel: Zur Lösung von Polyvinylidenfluorid (PVDF), das am häufigsten vorkommt
verwendete Bindemittel in der Kathodenschlamm-Formulierung
Leitende Zusatzstoffe: Dient zur Förderung der Elektronenleitfähigkeit.
Polymerbindemittel: Dient dazu, aktives Material und leitfähige Zusatzstoffe zu binden.
Für Hochleistungs-Ion-Litium-Batterien ist es notwendig, den Anteil leitfähiger Zusatzstoffe zu reduzieren und das Verhältnis des aktiven Materials zu erhöhen. Es ist jedoch auch wichtig, eine ausreichende Elektronenleitfähigkeit zu besitzen, um den inneren Widerstand der Batterie zu verringern, und es ist eine moderate Menge leitfähiger Zusätze erforderlich. Daher ist es wichtig, die Abweichung des aktiven Materials und der leitenden Zusatzstoffe zu optimieren.
Auswirkungen der Materialdispersion der Elektrodenaufschlämmung auf Lithium-Ionen-Batterien
Die Dispersierbarkeit aktiver Materialien und leitfähiger Zusätze in Elektrodenschlamm ist von sehr großer Bedeutung. Schauen wir uns jedes Material genauer an.
Aktives Material
Der Kontakt des Elektrolyten mit der Oberfläche jedes aktiven Materialteilchens erhöht die Ionenreaktion. Das hilft, die Batteriekapazität zu erhöhen.
Leitfähiger Zusatzstoff
Wenn die Elektrodenaufschlämmung schlecht gemischt ist, wird der leitfähige Zusatzstoff nicht gut genug dispergiert.
Umgekehrt wird bei einer zu starken Vermischung der gebildete Stromfluss zerstört und eine gute Elektronenleitung kann nicht erreicht werden.
Wird der Lithium-Ionen-Akku zusammengebaut, ohne das aktive Material und die leitenden Zusätze zu verteilen, konzentriert sich die Ladung, was unerwünscht ist, da es zu ungleichmäßigen Reaktionen des Akkus kommt.
Die Bilder zeigen, wie sich die Agglomeration bildet, wenn der entsprechende Mischertyp gewählt wird
Die Wahl des richtigen Mischertyps hängt wie immer von den folgenden Kriterien ab:
- Volumengröße der Güllebestandteile
- Fähigkeiten der Güllekomponenten
- Geometrie des Gefäßes
- Ausrichtung der Dosierdüsen für die Güllebestandteile
- Korrekte Temperatur- und Druckregelung
- Auswahl des passenden Mischelement-Setups
- Die richtige Geschwindigkeit, um eine ausreichende Turbulenz und Strömung im Mischbehälter zu erreichen
- Mechanische Zuverlässigkeit während des gesamten Mischvorgangs
Zur Überwachung des Mischprozesses empfiehlt Jongia den Einsatz von Sensortechnik, die eine einfache Ablesung der Parameter für den Kontrollraum in der Batterieanlage ermöglicht.
Die Mischereinheit muss während des gesamten Mischprozesses laufen, der entweder ein chargengesteuertes Verfahren oder ein kontinuierlicher Mischprozess sein kann.
Die Auswahl des richtigen Mischelements
Jongia Mixing Technology verfügt über ein breites Fachwissen für viele Aufhängungen, das Auflösen und das kontinuierliche Rühren, wie Propeller, Tragflügel, Gegenströmungs- und Sägeblatt-Mischelemente. Da die Kombination der oben genannten Kriterien von solcher Bedeutung ist, wird kein typisches Ein-Typ-Mischelement verwendet. Stattdessen ist es viel mehr eine Kombination verschiedener Mischelemente in Kombination mit einer Vielzahl von Drehungen und Geschwindigkeiten.
Daher ist es notwendig, Jongia während des Pre-Engineering- und des Detail-Engineering-Stadiums auf dem Laufenden zu halten, um sicherzustellen, dass die richtigen Schritte für die Auswahl eines geeigneten Rührwerks unternommen werden.
Außerdem muss die mechanische Zuverlässigkeit hervorragend sein. Das ist ein weiterer Grund, warum Ionenbatterie-Hersteller Jongia für ihre Lithium-Ionen-Batterie-Gülle-Rührsysteme wählen!
Wenn Sie Interesse haben, kontaktieren Sie uns bitte unter: info@jongia.com oder besuchen Sie unsere Seite Batterien für weitere Artikel über Ionen-Lithium-Batterien.
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