배터리 소재 혼합 시 ATEX와 불활성화 요구 사항에 대한 해법은 무엇입니까?
배터리 소재의 제조 및 가공 과정에서는 가연성 분진, 전도성 분말, 수분에 민감한 성분, 용매를 포함한 슬러리가 발생할 수 있습니다. 대표적인 고형분으로는 NMC, NCA, LFP, 흑연, 실리콘 복합재가 있습니다. 이들이 폭발 위험, 수분 민감성, 또는 특별한 반응성을 갖는지는 각 배합과 공정 단계별로 개별적으로 평가해야 합니다.
가연성 분진과 용매 증기가 동시에 발생할 수 있는 공정은 특히 까다롭습니다. 이러한 하이브리드 혼합물은 순수한 분진이나 가스 분위기보다 더 엄격한 안전 기술 요구사항을 가질 수 있습니다. 따라서 보호 콘셉트는 투입, 혼합기, 배출, 이송 기술, 필터 설비, 건조실 환경을 포함한 전체 공정을 고려해야 합니다.
기본이 되는 것은 물질별 위험성 평가입니다. 관련 특성값으로는 예를 들어 KSt 값, 최대 폭발 압력, 최소 점화 에너지, 최소 점화 온도, 전기 저항, 산소 한계 농도가 있습니다. 용매를 포함한 공정의 경우 추가로 폭발 한계, 인화점, 증발 거동도 고려해야 합니다.
불활성화를 통한 1차 방폭
불활성화는 공정 공간에서 점화 가능한 분위기가 형성되는 것을 방지하기 위한 것입니다. 이를 위해 혼합기와 연결된 설비 부품 내의 산소 농도를 해당 제품에 대해 산출된 산소 한계 농도 이하로 유지합니다. 분진 종류, 용매, 온도, 압력, 입도가 필요한 설계에 영향을 미치므로 일반적인 산소 한계값만으로는 충분하지 않습니다.
불활성 기체로는 대개 질소가 사용됩니다. 질소와 반응할 수 있는 물질, 예를 들어 금속 리튬을 다루는 용도의 경우 아르곤이 필요할 수 있습니다. 적합한 방법으로는 퍼지 불활성화, 진공배출 후 재충전하는 압력변동 불활성화, 그리고 운전 중인 공정에서의 연속적인 퍼지가 있습니다.
산소 농도는 적합한 측정 및 분석 기술로 감시됩니다. 제품에 낮은 잔류 수분값이 요구되는 경우 이슬점이나 수분 센서가 측정을 보완합니다. 측정값은 제어 시스템과 연결됩니다. 중요한 공정 단계는 정해진 승인값에 도달한 후에만 시작할 수 있습니다. 한계값을 초과하면 설비는 정해진 안전 상태로 전환되어야 합니다.
점화원 방지를 통한 2차 방폭
폭발성 분위기를 확실하게 배제할 수 없는 경우, 유효한 점화원을 방지해야 합니다. 존 구분은 폭발성 분위기의 발생 확률, 지속 시간, 범위에 따라 결정됩니다. 예를 들어 분진 폭발 가능성이 있는 제품의 경우 혼합기 내부는 존 20으로 평가될 수 있습니다. 투입, 배출, 필터 지점의 구역은 존 21이나 존 22로 분류될 수 있습니다. 가연성 용매의 경우 추가로 가능한 가스나 증기 존에 대한 평가도 필요합니다.
혼합기, 혼합 도구, 배관, 필터, 컨테이너, 이동식 용기는 일관된 등전위 접속 및 접지 콘셉트에 통합되어야 합니다. 호스, 실, 라이닝은 허용되지 않는 정전기 대전을 촉진하지 않도록 선택해야 합니다. 전기 설비는 각 존에 적합해야 합니다. 마찰, 충격, 과열된 베어링, 실의 결함과 같은 기계적 점화원 또한 평가하고 필요시 감시해야 합니다.
구조적 방폭
구조적 방폭은 불활성화와 점화원 방지에도 불구하고 폭발 사건을 충분히 안전하게 배제할 수 없는 경우 추가적인 보호 단계 역할을 합니다. 설비는 내압 구조로 제작하거나 폭발 압력 방출, 폭발 억제, 디커플링 장치를 갖출 수 있습니다.
파열판이나 폭발 플랩은 압력을 적절한 구역으로 배출합니다. 실내 설치의 경우 무화염 방출 장치나 폭발 억제 시스템이 필요할 수 있습니다. 급속 차단 밸브, 소화제 차단 장치, 또는 그 밖의 적합한 시스템은 화염과 압력이 앞뒤 설비 부품으로 전파되는 것을 방지합니다. 각 보호 조치의 적합성은 구체적인 제품과 설비 구성에 대해 입증해야 합니다.
하이브리드 혼합물과 건조실 기술
분진과 용매 증기의 하이브리드 혼합물은 점화 거동이 달라질 수 있습니다. 적은 양의 증기만으로도 분진 혼합물의 최소 점화 에너지가 낮아질 수 있습니다. 따라서 불활성화와 보호 조치의 설계는 가장 불리한 현실적인 시나리오를 고려해야 합니다.
밀폐형 투입 및 배출 시스템은 분진 유출, 제품 손실, 습한 주위 공기의 유입을 줄입니다. 공정에 따라 밀폐형 컨테이너 도킹 시스템, 에어록, 글러브 박스, 또는 아이솔레이터가 사용됩니다. 수분에 매우 민감한 물질의 경우 혼합기를 건조실에 통합할 수 있습니다. 건조실과 공정 불활성화는 압력 캐스케이드, 물질 이송, 배기 흐름 측면에서 서로 조율되어야 합니다.
전체 시스템으로서의 안전 콘셉트
배터리 소재 혼합을 위한 안전한 콘셉트는 물질 특성 파악, 위험성 평가, 존 콘셉트, 불활성화, 점화원 방지, 필요시 구조적 방폭을 결합합니다. 모든 안전 관련 구성 요소는 검사 가능하고 정비 가능해야 하며 명확한 운전 지침에 통합되어야 합니다. 결정적인 것은 물질 특성, 공정 운영, 혼합기, 주변 설비, 환경의 조율된 상호작용입니다.
amixon®은 배터리 소재를 이렇게 혼합합니다: 오염이 적고 부드러우며 편석이 적은 양극재 및 음극재 분말 처리
배터리 소재는 혼합 기술과 설비 콘셉트에 높은 요구사항을 부과합니다. 양극재와 음극재 분말은 가능한 한 금속 마모를 흡수해서는 안 되며, 민감한 입자 구조가 보존되어야 하고, 혼합물은 눈에 띄는 편석 없이 완전히 배출될 수 있어야 합니다. amixon®은 이를 위해 저속 혼합 운동, 강력한 전체 유동, 마모가 적은 소재, 잔류 배출에 맞춰 설계된 구조를 결합합니다.
오염 방지는 소재에서부터 시작됩니다
금속성 이물질은 배터리 소재의 제품 품질을 저해할 수 있습니다. 따라서 amixon®에서는 각 제품의 특성에 맞게 소재를 선택합니다. 마모성과 순도 요구사항에 따라 내마모성 소재, 경화 처리되거나 초경합금이 장착된 혼합 도구, 그리고 부하가 큰 표면에 적용되는 세라믹 코팅을 사용할 수 있습니다.
저속 회전 운동과 이상적인 혼합 품질
저속 회전 운동은 amixon® 혼합 기술의 핵심 특징입니다. 이는 제품을 보호하는 처리와 전체 혼합 부피의 강력한 순환을 결합합니다. SinConvex®의 전면 유동은 혼합실 전체에서 제품을 포착하며 국소적인 전단 및 충돌 구역을 뚜렷하게 줄일 수 있습니다.
이는 도전재, 코팅된 입자, 구형 과립과 같은 민감한 성분을 가진 양극재 및 음극재 배합에 특히 유리합니다. 서로 다른 입도와 밀도를 가진 경우에도 매우 높은 혼합 품질을 달성할 수 있습니다. 목표는 제품에 대한 기계적 부담을 최소화하면서 모든 배합 성분을 재현 가능하고 통계적으로 균일하게 분산시키는 것입니다.
거의 완전하고 편석이 적은 배출
높은 혼합 품질은 배출 시 손실되어서는 안 됩니다. 따라서 배출은 amixon®에서 혼합 콘셉트의 핵심 요소입니다. ComDisc® 요소는 혼합실에서 잔류 제품의 배출을 지원하고 배출 단계에서의 편석 위험을 줄입니다.
KoneSlid® KS는 혼합기의 매우 신속한 배출을 가능하게 합니다. 짧은 배출 시간은 배출물 원뿔 형성과 이후의 분리 효과를 제한할 수 있습니다. 이를 통해 제품은 가능한 한 완전하고 균일하며 재현 가능하게 후속 공정이나 예정된 용기로 이동합니다. 다만 달성 가능한 잔류 배출은 항상 제품, 배합, 수분, 입자 구조, 설비 구성에 따라 달라집니다.
내압 또는 내폭압 구조
배터리 소재의 경우 미세하고 가연성인 분진, 용매 분위기, 또는 산화에 민감한 활물질이 발생할 수 있습니다. 따라서 혼합기는 프로젝트에 따라 불활성화, 진공 운전, 그리고 내압 또는 내폭압 요구사항에 맞게 설계할 수 있습니다.
내압 사양은 정해진 내부 압력에 맞게 설계되며, 예를 들어 진공 공정, 불활성화, 또는 기밀 공정 운영에 필요할 수 있습니다. 내폭압 사양은 혼합기가 정해진 폭발 압력의 기계적 영향을 견뎌야 할 때 방폭 콘셉트의 구성 요소로 사용됩니다. 어떤 구조가 필요한지는 위험성 평가, 제품의 안전 기술적 특성값, 전체 설비의 방폭 콘셉트에서 도출됩니다.
혼합실은 적절한 설계 시 ATEX 존 20 용도에 적합할 수 있습니다. 산화에 민감하거나 수분에 민감한 물질의 경우 혼합물을 불활성화할 수 있습니다. VMT와 AMT와 같은 기밀 장치는 추가로 동일한 공정 공간에서 진공 공정과 진공 혼합 건조를 가능하게 합니다. 이를 통해 이송 단계, 인터페이스, 잠재적 오염원을 줄일 수 있습니다.
기가팩토리 규모까지의 규격
amixon®은 시험센터용 혼합기부터 대용량 생산 설비까지 혼합 기술을 제공합니다. HM 이축 혼합기는 표준 규격 최대 20 세제곱미터, 특수 규격 최대 50 세제곱미터로 제공됩니다. Gyraton® GM은 대용량 배치용으로 설계할 수 있으며 약 10에서 100 세제곱미터 범위의 배터리 물질에도 적합합니다.
설계는 투자에 앞서 amixon® 시험센터에서 원제품으로 시험됩니다. 이를 통해 혼합 품질, 제품 보호성, 마모, 잔류 배출, 불활성화, 세척성을 실제와 유사한 조건에서 평가할 수 있습니다. 입자 및 오염 분석은 운영사와 함께 시험 콘셉트에 통합할 수 있습니다.
구조적 기반으로서의 위생적 설계
amixon®의 위생적 설계는 세척성, 제품 순도, 안전한 배치 교체를 지원합니다. 혼합실과 혼합 장치는 이음매 없이 용접되고 연마되어 있습니다. 혼합 장치는 오직 상부에서만 지지됩니다. 이를 통해 제품과 접촉하는 하부 샤프트 관통부를 없앨 수 있습니다.
OmgaSeal® 실을 갖춘 대형 Clever-Cut® 점검문은 제품 접촉면에 우수한 접근성을 제공합니다. 데드스페이스가 적은 배출 기구와 선택적으로 통합된 세척 랜스는 건식 또는 습식 세척을 지원합니다. 제품, 시장, 요구사항에 따라 설비는 관련 위생 콘셉트와 표준에 맞춰 설계할 수 있습니다.
이렇게 amixon®은 저속 회전 운동, 매우 높은 혼합 품질, 거의 완전한 배출, 그리고 내압 또는 내폭압으로 설계 가능한 구조를 결합합니다. 그 결과는 까다로운 배터리 소재를 부드럽고 안전하며 재현 가능하게 처리하는 혼합 설비입니다.