Optimierung der Batterieleistung und Reduzierung der Mischzeit mit dem NETZSCH Planetenmischer PMH

Einsparung von Mischzeit und Energie

Verkürzung der Mischzeit

In Validierungstests konnte NETZSCH die Mischzeit deutlich verkürzen – um den Faktor 2 bei der Anodenmischung und um den Faktor 3 bei der Kathodenmischung. Die NETZSCH Planetenmischer (PMH) mischten die Slurry in nur 120 Minuten (Anode) bzw. 160 Minuten (Kathode) und erzielten dabei eine noch höhere Qualität. Warum also sind die NETZSCH Planetenmischer so viel effizienter, und wie funktioniert ein Planetenmischer überhaupt?

Verbesserte Leistung durch optimierte Knetphase im Mischprozess

Aktuelle Tests haben gezeigt, dass eine optimierte Knetphase im Mischprozess mit dem NETZSCH PMH zu einer deutlich verbesserten Batterieleistung führt. Durch das Kneten wird eine besonders homogene Verteilung der Materialien erreicht, was folgende Vorteile mit sich bringt:

• Höhere Leistung: Die gleichmäßige Durchmischung der Komponenten sorgt für eine bessere Materialvernetzung und steigert die Gesamteffizienz der Batterie. Die Energieübertragung erfolgt dadurch effektiver, was zu höherer Kapazität und längerer Lebensdauer führt.
• Hohe Ladungsdurchlässigkeit: Die verbesserte Homogenität begünstigt zudem eine höhere Ladungsdurchlässigkeit in der Elektrodenstruktur. Das ermöglicht einen effizienteren Ladungstransport, reduziert den Widerstand und erlaubt schnellere Ladezyklen, ohne die Stabilität der Batterie zu beeinträchtigen.

Diese Verbesserungen unterstreichen die zentrale Bedeutung einer gezielt ausgeführten Knetphase und zeigen deutliche Vorteile in Bezug auf Leistung und Energiemanagement.

Siliziumanoden in zukünftigen Batterien

Herausforderungen beim Mischen und bei der Wasserstoffbildung

Siliziumanoden rücken aufgrund ihres hohen Leistungspotenzials zunehmend in den Fokus zukünftiger Batterietechnologien. Der Einsatz konventioneller Planetenmischer bringt jedoch häufig Herausforderungen mit sich, insbesondere durch die hohen Scherkräfte, die während des Mischprozesses entstehen. Diese Kräfte können das empfindliche Graphit-Silizium-Komposit beschädigen, was unerwünschte Nebeneffekte wie die Bildung von Wasserstoff zur Folge haben kann.

Konventionelle Planetenmischer, die auf hochscherende Dispergierscheiben setzen (siehe Abbildung 7, links), können empfindliche Komponenten wie Binder oder aktive Materialien beschädigen. Dies führt zu einer verminderten Batterieleistung und zum Abbau der Materialien. Im Gegensatz dazu sind die NETZSCH Mischwerkzeuge speziell darauf ausgelegt, Scherkräfte zu minimieren und gleichzeitig einen schonenden, kontrollierten Knetprozess zu ermöglichen. Dieses Design erlaubt den Betrieb bei höheren Geschwindigkeiten, ohne die Binderstruktur der Slurry zu beeinträchtigen oder Wasserstoffbildung auszulösen.

Ein weiteres praxisnahes Beispiel für die Vorteile moderner Mischtechnologie zeigt sich bei der Herstellung wasserbasierter Anodenslurries mit Carboxymethylcellulose (CMC), einem Polymer mit langen Ketten und hoher Molmasse. Konventionelle Planetenmischer üben oft zu hohe mechanische Belastung auf diese Polymerketten aus, was zu deren Zerstörung führt. In der Folge kommt es zu unerwünschten Veränderungen der Slurryviskosität, etwa zur Scherverdickung, wodurch die Slurry für den anschließenden Coatingprozess unbrauchbar wird.

Im Gegensatz dazu ermöglichen die innovativen Mischwerkzeuge von NETZSCH eine besonders schonende Knetbewegung, die die Integrität der CMC-Ketten erhält. Dadurch bleibt die Viskosität der Slurry konstant, was eine gleichmäßige Durchmischung und eine homogene Beschichtung des aktiven Materials gewährleistet. Das Ergebnis ist eine hochwertige Slurry, die eine verbesserte Batterieleistung unterstützt, ganz ohne die Risiken, die mit konventionellen Hochscherverfahren verbunden sind.

Vom Labor bis zur Gigafactory

Skalierbares Mischen für jede Prozessstufe

Um die Entwicklung neuer Batterietechnologien zu beschleunigen, ist der NETZSCH Planetenmischer PMH in verschiedenen Baugrößen erhältlich, vom Labormaßstab über den Technikumsbetrieb bis hin zur großtechnischen Produktion. Ein wesentlicher Vorteil der NETZSCH Mischer liegt im durchgehend gleichbleibenden Verhältnis von Behälterdurchmesser zu Mischwerkzeugen über alle Maschinengrößen hinweg. Diese einheitliche Geometrie ermöglicht eine nahtlose und effiziente Skalierung von einer Maschinengröße zur nächsten und verkürzt die Entwicklungszeiten deutlich.

Darüber hinaus bietet unser spezialisiertes Batterieteam in Kombination mit einem modernen Batterielabor umfassende Unterstützung bei der Entwicklung und Optimierung der Zellchemie, ganz nach den Leistungsanforderungen unserer Kunden.

Flexibilität

Der PMH ist jedoch nicht auf eine einzelne Technologie beschränkt. Durch sein spezielles Design und die hohe Flexibilität beim Wechsel der Mischwerkzeuge lässt sich der Planetenmischer für eine Vielzahl weiterer Anwendungen in der Batterieindustrie einsetzen und gewährleistet dabei Prozesssicherheit. Eine einzige Maschine oder Anlage kann mehrere Applikationen abdecken, darunter:

• Unterschiedliche Zellchemien mit schwankendem Feststoffgehalt (z. B. LFP, LMFP, NMC, …)
• Mischen von Festkörperbatterien mit hoher Viskosität
• Herstellung von Dämmmaterialien für Batteriemodule
• Schnelles Mischen trockener Batterieelektroden ohne Lösungsmittel, mit flexibel anpassbarer Werkzeuggeometrie
• Natrium-Ionen-Batterien

Je nach Anwendung können die Mischwerkzeuge vom Kunden innerhalb weniger Minuten gewechselt werden, ein Serviceeinsatz ist dafür nicht erforderlich.