Vermahlung

Für diesen Prozess werden Maschinen für das Feinmahlen von Feststoffen aller Härtegrade bis auf einen beliebigen Feinheitsgrad eingesetzt.

Aufgrund der starken chemischen Reaktion ist für NCM-Batterien mit hohem Nickelgrad LiOH eine besser geeignete Lithiumquelle als LiCO3. Die Zielgröße für LiOH beträgt ca. 7 – 8 Mikron (d50). Bei diesem Prozess ist die Strahlvermahlung die geforderte Lösung.

Infolge der thermischen Behandlung kommt es zu einer Agglomeration der Produkte, was wiederum einen Deagglomerationsprozess erforderlich macht. Dabei kommt üblicherweise eine Luftstrahlmühle wie das Modell CGS zum Einsatz.

Strahlmühlen sind verfahrenstechnische Maschinen, bei denen ein Fluid mit bestimmtem Druck und einer bestimmten Temperatur angewandt wird. Zum Einsatz kommen hier Gas oder Dampf in expandierenden Strahlen. Die Partikel werden beschleunigt und überwiegend durch die Kollision zwischen den Partikeln zerkleinert.

Für Kathodenmaterialien (LMO, NMC, LFP…), Anodenmaterialien (LTO, Silizium-basierte Materialien) und keramikbeschichtete Separatoren kommen Nassmahlprozesse zum Einsatz.

Die Ionen-Diffusionskonstante hängt von der Partikelgröße ab, da die Diffusion im Nanogrößenbereich viel schneller abläuft als im Mikrobereich oder bei Schüttgut. Eine größere Oberfläche führt jedoch auch zu unerwünschten Nebeneffekten wie einer geringen Packungsdichte in der Kathode und potenziellen Reaktionen zwischen Elektrode und Elektrolyt.

Nassmahlen - Aus diesem Grund ist eine engere Partikelgrößenverteilung erforderlich; Vermahlungslösungen wie Neos und Zeta^® können die geforderte Partikelgrößenverteilung erreichen.

Ein Nassmahlsystem ist die Lösung für Anodenmaterialien. Aufgrund der zunehmenden Anforderungen, insbesondere nach größerer Kapazität, ist Silizium-basiertes Anodenmaterial immer mehr als das Anodenmaterial der Zukunft in den Fokus gerückt. Der Grund hierfür ist, dass Silizium eine um zehn Mal höhere spezifische theoretische Kapazität aufweist als Graphit.

Silizium verändert jedoch bei der Aufnahme und Abgabe der Lithiumionen sein Volumen sehr stark. Die Folge sind niedrige Zykluszahlen aufgrund struktureller Schäden; vor der gewerblichen Nutzung müssen diese Probleme gelöst werden.

Ein Ansatz zur Lösung dieses Problems ist die Herstellung eines Silizium-Graphit-Nanokomposits. Das Siliziumrohmaterial ist normalerweise metallurgisches Silizium; daneben gibt es eine andere Art von Silizium wie das Polysilizium, das als Nebenerzeugnis bei der Verarbeitung von Elektromaterialien anfällt. Dieses Siliziumpulver muss bis in den Nanobereich, üblicherweise kleiner als 100 nm gemahlen werden, um die Verformung während der Lithiumionenaufnahme und -abgabe zu minimieren. Nach der Trocknung erfolgt eine Beschichtung mit Kohlenstoff, z. B. auf Pechbasis. Die Vermahlung erfolgt in Nanomühlen wie dem Modell Zeta^® RS. Nach der Kohlenstoffbeschichtung folgt die Vermahlung in einer Trockenmühle. Es ist jedoch möglich, dass nach dem Mahlprozess wieder blankes, also nicht mit Kohlenstoff beschichtetes Silizium offen liegt, weswegen dieser Vorgang 2 bis 3 Mal wiederholt werden kann.