Zerkleinerung und Verrundung für Batterieanoden Graphit

Qualität der Rohmaterialien entscheidend

Wie effizient elektrische Energie in Batterien und Brennstoffzellen gespeichert und bereitgestellt werden kann, hängt insbesondere von der Qualität der bei ihrer Herstellung eingesetzten Rohmaterialien ab.

Anodengraphit in Batteriequalität, hergestellt aus Naturgraphit oder in Form von synthetischem Graphit auf der Basis von Petrolkoks, ist das wichtigste Rohmaterial für die Anoden von Lithium-Ionen-Batterien. Auch wenn der Siliziumanteil, der derzeit bei 4-8 % liegt, immer mehr an Bedeutung gewinnt, sind die Eigenschaften des Graphits für die Verbesserung der Batterieleistung von größter Bedeutung. 

Die Batterieleistung, wie hohe Kapazität und Energiedichte sowie kurze Ladezyklen, ist besonders wichtig für den Einsatz in Elektrofahrzeugen (EV).

Batterieanodengraphit muss daher besondere Eigenschaften aufweisen, um die Batterieleistung positiv zu beeinflussen. Entscheidende Faktoren sind:

  • Feine, aber steile Partikelgrößenverteilungen
  • Hohe Klopfdichte
  • Niedrige spezifische BET-Oberflächen
  • Sphärische Partikelform (Sphärischer Graphit - SPG) 

Während die Produkteigenschaften die Leistung bestimmen, bestimmen der Mahl- und Verrundungsprozess sowie die Anlage zur Erreichung dieser Eigenschaften die wirtschaftliche und ökologische Tragfähigkeit einer solchen Produktion. 
Um Graphitproduzenten eine ökonomische und ökologische Lösung mit hoher Kapazität, geringem Energieaufwand und hoher Ausbeute zu bieten, hat NEUMAN & ESSER Process Technology die NEA|Sphere Mahl- und Verrundungsanlagen entwickelt.

NEA|Sphere: Mahl- und Verrundungsverfahren - Effizienz, Einfachheit, Zuverlässigkeit

Im Gegensatz zum traditionellen Zerkleinerungs- und Verrundungsverfahren für Naturgraphit, bei dem jedes Partikel viele einzelne Mühlen in einer Kaskadenmühlenlinie durchlaufen muss, durchläuft beim NEA|Sphere-Verfahren jedes Partikel nur eine Mahlanlage und eine Verrundungsanlage. Die Zerlegung des Prozesses in die beiden grundlegenden Prozessschritte und die Verwendung von dedizierten Einheiten zur Durchführung dieser Prozessschritte bietet die folgenden Vorteile:

Effizienz

  • Minimaler Partikelstress
  • Geringer Anteil an Feinstkorn
  • Wesentlich höhere Ausbeute
  • Niedriger spezifischer Energieverbrauch
  • Geringer Co2-Fußabdruck bei niedrigen OPEX

Einfachheit

  • Nur zwei serielle Einheiten erforderlich
  • Geringe Komplexität
  • Einfache Einrichtung
  • Hohe Flexibilität zur Anpassung an sich ändernde Qualitätsanforderungen

Verlässlichkeit

  • Parallele statt serielle Anordnung der Produktionseinheiten
  • Hohe Verfügbarkeit der Gesamtanlage, da einzelne Einheiten gewartet werden können, während die Produktion der parallelen Einheiten aufrechterhalten wird

NEA|Sphere M: Steile Partikelgrößenverteilung und feinste Partikel

Um feine Partikel mit einer steilen Korngrößenverteilung, d.h. einem geringen Anteil an sogenannten "Superfeinen", zu erzeugen, wurde NEA|Sphere M mit einer einzigartigen Luft- und Partikelführung sowie einem hocheffizienten integrierten Sichtermodul ausgestattet. Das Material wird auf dieser Mühle auf die gewünschte Feinheit gemahlen, aber nicht übermahlen. Für Batterieanwendungen liegen die Feinheitsanforderungen oft im Bereich von 90% < 10-40 µm. 

NEA|Sphere S: Hohe Klopfdichten und steile Partikelgrößenverteilungen

Neben den strengen PSD-Anforderungen muss der Batterieanodengraphit auch eine kugelförmige Form aufweisen, um in der Batteriezelle optimal funktionieren zu können. Der NEA|Sphere S wurde für die Verrundung von flockigen Graphit- und Petrolkokspartikeln entwickelt. Durch speziell für diesen Zweck entwickelte Werkzeuge und das hocheffiziente integrierte Klassifizierungsmodul für ultra-fine Klassifizierung ermöglicht der NEA|Sphere S die vollständige Verrundung von Partikeln in einem einzigen Schritt. Diese Abrundung ist sowohl für Natur- und Synthesegraphit als auch für grünen und kalzinierten Koks vor der Graphitierung möglich.

Der Verrundungsprozess auf der NEA ICS zeichnet sich durch hohe Klopfdichten, niedrige BET-Oberflächen und hohe Ausbeuten von bis zu 85% aus. Darüber hinaus können unerwünschte Bestandteile gezielt aus dem Produkt entfernt werden, indem die Geschwindigkeit des Sichters variiert wird. So lassen sich noch steilere Partikelgrößenverteilungen und höhere Abstichdichten erzielen.

Petrolkoks (Vorstufe zu synthetischem Grafit)

Natürlicher Graphit

Anpassung der Korngrößenverteilung durch den NEUMAN & ESSER GRC

Eine weitere Möglichkeit zur gezielten Veränderung einer Partikelgrößenverteilung im feinen und groben Bereich bietet der NEA GRC Leitringsichter. Dieser Sichter wird unter anderem dazu eingesetzt, um gezielt Feinstfraktionen zur Erzielung steiler Partikelgrößenverteilungen abzutrennen. Dieses Verfahren bietet den Vorteil, dass die Feinstfraktion für andere Produkte wiedereingesetzt oder verschnitten werden kann.  Somit erhöht sich die Gesamtausbeute.