Quali miscelatori sono adatti per i materiali per batterie (polveri di catodo/anodo) per preservare la struttura delle particelle e la conducibilità?
Per i materiali per batterie i miscelatori devono distribuire in modo omogeneo materiali attivi, additivi conduttivi e leganti, senza alterare in modo incontrollato particelle sensibili, rivestimenti o strutture di agglomerati. Non esiste un singolo tipo di miscelatore adatto a tutte le applicazioni. Sono decisivi la fase di processo, la ricetta e il rapporto richiesto tra delicatezza sul prodotto ed energia di dispersione.
Per le polveri di catodo e anodo scorrevoli sono particolarmente adatti i miscelatori conici verticali, i miscelatori di precisione verticali e i miscelatori a pale o a vomere gestiti in modo delicato. Generano un movimento del prodotto tridimensionale con una sollecitazione meccanica relativamente contenuta. Così è possibile omogeneizzare materiali attivi come NMC, LFP, grafite o compositi al silicio senza causare un'abrasione superflua o una marcata riduzione dimensionale.
Anche i miscelatori a moto libero (a caduta), a container e a V sono molto delicati. Sono adatti soprattutto a polveri ben scorrevoli con proprietà fisiche simili. Per l'incorporazione e la dispersione di additivi conduttivi molto fini come il nero di carbonio, i CNT o il grafene spesso non sono sufficienti. In questo caso può essere necessaria una fase di dispersione separata e dosata in modo mirato.
Per i processi di dry coating e di elettrodo a secco si impiegano miscelatori intensivi, nei quali il trasporto del prodotto e la dispersione locale sono controllabili separatamente. Il materiale attivo viene rimescolato in modo delicato. Additivi conduttivi fini e leganti in polvere possono essere incorporati in modo mirato. L'energia di taglio deve essere regolata in modo che gli agglomerati di additivo conduttivo vengano distribuiti a sufficienza, senza sollecitare inutilmente il materiale attivo o i rivestimenti superficiali.
Per gli slurry di anodo e catodo, i miscelatori planetari sottovuoto, i miscelatori planetari duali e i miscelatori batch intensivi con unità di dispersione regolabile sono soluzioni consolidate. Combinano il rimescolamento lento di masse ad alta viscosità con una dispersione mirata di nerofumo conduttivo, legante e altre frazioni fini. Il vuoto favorisce la degasazione dello slurry e riduce le inclusioni d'aria. I recipienti di miscelazione raffreddabili limitano l'apporto di calore e migliorano la riproducibilità del processo di rivestimento.
Per i grandi processi continui possono essere utili sistemi continui di dispersione e miscelazione o estrusori bivite. I presupposti sono un dosaggio gravimetrico preciso, un tempo di permanenza definito e un monitoraggio di processo robusto. La scelta definitiva deve avvenire tramite prove con la ricetta originale. Solo così si può dimostrare che struttura delle particelle, dispersione, reologia, qualità del rivestimento e prestazione elettrica della cella siano coerenti tra loro.
Così amixon® risolve questo compito
Così amixon® miscela i materiali per batterie: polveri di catodo e anodo senza contaminazione e senza segregazione. amixon® è attiva solo in parte nel campo della produzione di slurry e della microdisagglomerazione per masse attive di batteria a secco. L'attività di gran lunga maggiore di amixon® riguarda l'omogeneizzazione delle materie prime. In particolare quando si tratta di miscelare in modo tecnicamente ideale lotti fino a 100 m³. A tale scopo vengono impiegati i sili miscelatori Gyraton®. Generano qualità di miscelazione ideali con azionamenti minimi. Il processo di omogeneizzazione si estende su diverse ore. La combinazione di due movimenti è il segreto di qualità di miscelazione ideali: la rotazione di un utensile elicoidale SinConcave®/SinConvex® e la precessione dell'asse dell'organo miscelante. Solo se le materie in ingresso sono omogenee la successiva filiera di processo può essere condotta in modo economico: senza oscillazioni di qualità e con la massima efficienza possibile.
La protezione dalla contaminazione inizia dal materiale
L'abrasione metallica è, per i materiali per batterie, un criterio di esclusione per la qualità. amixon® vi fa fronte su più livelli: materiali resistenti all'usura (Hardox, acciai inossidabili duplex), utensili di miscelazione temprati o riportati in metallo duro e rivestimenti ceramici al plasma sulle superfici sollecitate. La conduzione a bassa velocità (a partire da circa 0,8 m/s di velocità periferica) riduce l'abrasione già alla fonte: l'energia di attrito e di urto resta minima.
Conservazione della struttura e degli additivi
Le formulazioni di catodo e anodo contengono componenti sensibili – nerofumo conduttivo, rivestimenti, particelle sferiche. Il flusso totale generato da SinConvex® omogeneizza senza zone di taglio e di urto; la qualità di miscelazione è quella tecnicamente ideale della miscela casuale, anche con differenze estreme di densità e granulometria (ambito di riferimento della metallurgia delle polveri: rapporti di densità superiori a 1:20, particelle da 2 a 70 µm). Gli elementi ComDisc® e lo svuotamento in pochi secondi del KoneSlid® KS impediscono la segregazione allo scarico.
Sicurezza: zona 20 e inertizzazione
La camera di miscelazione è progettata per la zona ATEX 20; su richiesta si lavora sotto vuoto e il prodotto viene inertizzato – rilevante sia per le polveri fini infiammabili sia per i materiali attivi sensibili all'ossidazione. Gli apparecchi a tenuta di gas (VMT, AMT fino a 5 mbar ass.) mantengono in sicurezza le atmosfere di solvente all'interno del sistema e consentono l'essiccazione-miscelazione sottovuoto nello stesso apparecchio.
Taglie fino alla scala gigafactory
Dal miscelatore da centro prove ai miscelatori bialbero HM (gamma standard fino a 20 m³, taglie speciali fino a 50 m³) fino al Gyraton® GM, che miscela espressamente anche masse per batterie in lotti da 10 a circa 100 m³ in modo preciso e delicato. amixon® fornisce in anticipo, nel centro prove e con il prodotto originale, le prove di abrasione, qualità di miscelazione e inertizzazione – documentate, incluse le analisi particellari e di contaminazione dell'operatore.
Verifica nel centro prove amixon®
Prima dell'investimento viene la prova: nel centro prove amixon® presso la sede principale di Paderborn sono disponibili oltre 30 impianti di prova in diverse taglie, integrati da centri prove in Giappone, India, Thailandia, Cina, Corea del Sud e Stati Uniti. Le prove si svolgono con il prodotto originale, con gradi di riempimento e dimensioni di lotto reali, nell'intervallo di temperatura e pressione previsto. Vengono valutati la qualità di miscelazione, la delicatezza sul prodotto, l'apporto di energia, la pulibilità e la riproducibilità nel successivo esercizio in serie; i risultati vengono analizzati e documentati insieme agli esperti amixon® – come base decisionale solida, che elimina i rischi tecnici ed economici prima dell'acquisto.
L'hygienic design come base costruttiva
Tutte le caratteristiche citate si fondano sull'hygienic design amixon®: la camera di miscelazione e l'organo miscelante sono saldati e rettificati senza fughe, l'organo miscelante è supportato solo in alto – il passaggio d'albero inferiore, critico per la contaminazione, viene a mancare. Grandi sportelli di ispezione Clever-Cut® con guarnizione OmgaSeal® permanentemente priva di spazi morti rendono tutte le superfici a contatto con il prodotto accessibili in modo ergonomico; organi di scarico privi di spazi morti e lance di lavaggio integrate (su richiesta pulizia a umido completamente automatica) rendono validabili sia la pulizia a secco sia quella a umido, secondo le linee guida EHEDG, le linee guida igieniche FDA e i 3-A Sanitary Standards.