Effizientere Graphitrundung Höhere Energiedichte in Lithium-Ionen-Batterien

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AZO GmbH + Co. KG

HOSOKAWA ALPINE Aktiengesellschaft

Für eine höhere Energiedichte in Lithium-Ionen-Batterien muss der verwendete Graphit optimal auf die Anforderungen der Applikation angepasst und verarbeitet werden. Hosokawa Alpine hat gleich mehrere Lösungen dafür entwickelt.

Graphit ist das wichtigste Anodenmaterial für die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien. Die Industrie steht hier aktuell vor einer großen Herausforderung: Bei der Zellherstellung muss der Graphit als Rohstoff effektiver genutzt werden. Die Lösung dafür ist die Rundung der normalerweise plättchenförmigen Graphitpartikel. Die Rundung bringt zahlreiche Vorteile mit sich. Zum einen erhöht sie die Stampfdichte und sorgt damit für eine höhere volumetrische Energiedichte der Batterieanode. Zum anderen wird durch die verbesserte Interkalationskinetik die Ladefähigkeit und damit auch die Schnellladefähigkeit erhöht. Außerdem wird die Batterie langlebiger. „Die bestehenden Prozesse zur Rundung von Graphit sind sehr energieintensiv und haben zudem häufig noch geringe Ausbeuten von 30 bis 50 Prozent. Damit geht bei der derzeitigen Herstellung von gerundetem Graphit ein großer Teil des eingesetzten Graphits für die Nutzung in Lithium-Ionen-Batterien während der Verarbeitung verloren. Um den Prozess zur Graphitrundung effizienter zu machen, haben wir nun einen neuen Prozess entwickelt, der weniger Maschinen als bisher erforderlich macht. Das spart nicht nur Platz, sondern auch Aufwand für Wartung und Instandhaltung sowie Energie“, erklärt Paul Woodward, Operations Director Minerals & Metals Division bei Hosokawa Alpine.

Da Naturgraphit und synthetischer Graphit materialseitig unterschiedliche Anforderungen an die Graphitrundung stellen, bietet Hosokawa Alpine Maschinenlösungen für vielseitige Aufgabenstellungen.

Rundung von Naturgraphit

Naturgraphit ist plättchenförmig und benötigt bei der Rundung meist mehr Energie und eine höhere Beanspruchungsintensität als synthetischer Graphit, der meist nach der Mahlung schon deutlich sphärischer vorliegt. Für die Rundung von Naturgraphit hat Hosokawa Alpine daher eine spezielle Maschine entwickelt: den APR (Alpine Particle Rounder). „Hier wird der Graphit auf einer Sichtermühle vorvermahlen.

Im Anschluss erfolgt die batchweise Rundung mit nachgeschalteter Entstaubung durch eine hocheffiziente Sichtung. Auf diese Weise konnten wir die Stampfdichte auf über 900 g/l erhöhen und bis zu 80 Prozent des Rohstoffes nutzbar machen“, erklärt Paul Woodward. Der APR punktet zudem durch kurze Prozesszeiten und hohe Durchsätze bei gleichzeitig geringem spezifischen Energieverbrauch. So lassen sich mit dem APR enorme Energieeinsparungen im Bereich von 50 Prozent im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren mit einer Sichtermühle erzielen. Variable Zielfeinheiten von x₅₀ = 10–12 µm bis zu x₅₀ = 18–22 µm sind mit dem APR möglich.

Rundung von synthetischem Graphit

Für die Rundung von synthetischem Graphit hat Hosokawa Alpine die Sichtermühle Zirkoplex ZPS im Portfolio. Flexible Feinstvermahlung und Sichten werden mit nur einer druckstoßfesten Maschine umgesetzt. Der Graphit wird zunächst mit dem energiesparend designten Mahlwerk auf der Sichtermühle vorvermahlen. Anschließend erfolgen Rundung und Sichtung batchweise. Auch die ZPS ermöglicht eine Erhöhung der Stampfdichte auf über 1000 g/l für mehr Speicherkapazität sowie hohe Durchsätze und Prozessausbeuten von bis zu 90 Prozent Nutzbarkeit des Graphits bei niedrigem spezifischen Energieverbrauch. Somit komplettiert sie die Lösungen für eine effiziente und zeitgemäße Graphitrundung aus dem Hause Hosokawa Alpine. 

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