Które mieszalniki nadają się do materiałów bateryjnych (proszków katodowych/anodowych), aby zachować strukturę cząstek i przewodność?
W przypadku materiałów bateryjnych mieszalniki muszą jednorodnie rozprowadzać materiały aktywne, dodatki przewodzące i spoiwa, nie zmieniając w sposób niekontrolowany wrażliwych cząstek, powłok ani struktur aglomeratów. Żaden pojedynczy typ mieszalnika nie jest odpowiedni do wszystkich zastosowań. Decydujące znaczenie mają etap procesu, receptura oraz wymagany stosunek łagodności wobec produktu do energii dyspergowania.
Dla sypkich proszków katodowych i anodowych szczególnie nadają się pionowe mieszalniki stożkowe, pionowe mieszalniki precyzyjne oraz łagodnie pracujące mieszalniki łopatkowe lub lemieszowe. Wytwarzają one trójwymiarowy ruch produktu przy stosunkowo niskim obciążeniu mechanicznym. Dzięki temu materiały aktywne, takie jak NMC, LFP, grafit czy kompozyty krzemowe, mogą być homogenizowane bez niepotrzebnego ścierania czy wyraźnego rozdrabniania.
Mieszalniki grawitacyjne, kontenerowe i typu V są również bardzo łagodne. Nadają się przede wszystkim do dobrze płynących proszków o zbliżonych właściwościach fizycznych. Do wprowadzania i dyspergowania bardzo drobnych dodatków przewodzących, takich jak sadza przewodząca (carbon black), nanorurki węglowe (CNT) czy grafen, często nie wystarczają. W takim przypadku może być konieczny osobny, celowo dozowany etap dyspergowania.
Do procesów Dry Coating i suchych elektrod stosuje się mieszalniki intensywne, w których transport produktu i lokalne dyspergowanie można sterować osobno. Materiał aktywny jest łagodnie przemieszczany. Drobne dodatki przewodzące i proszkowe spoiwa można celowo wprowadzać. Energia ścinania musi być przy tym tak ustawiona, aby aglomeraty dodatku przewodzącego zostały wystarczająco rozprowadzone, bez niepotrzebnego obciążania materiału aktywnego lub powłok powierzchniowych.
Dla zawiesin (slurry) anodowych i katodowych sprawdzonymi rozwiązaniami są próżniowe mieszalniki planetarne, podwójne mieszalniki planetarne oraz intensywne mieszalniki wsadowe z regulowanym zespołem dyspergującym. Łączą one powolne przemieszczanie wysokolepkich mas z celowym dyspergowaniem sadzy przewodzącej, spoiwa i innych drobnych frakcji. Próżnia wspiera odgazowanie zawiesiny i zmniejsza ilość uwięzionego powietrza. Chłodzone zbiorniki mieszające ograniczają wprowadzanie ciepła i poprawiają odtwarzalność procesu powlekania.
Dla ciągłych procesów wielkoskalowych sensowne mogą być ciągłe systemy dyspergująco-mieszające lub wytłaczarki dwuślimakowe. Warunkiem jest precyzyjne dozowanie grawimetryczne, określony czas przebywania i solidny nadzór procesu. Ostateczny wybór musi zostać dokonany na podstawie prób z oryginalną recepturą. Tylko w ten sposób można wykazać, że struktura cząstek, dyspersja, reologia, jakość powłoki i parametry elektryczne ogniwa są ze sobą zgodne.
Jak amixon® rozwiązuje to zadanie
Tak amixon® miesza materiały bateryjne: proszki katodowe i anodowe bez kontaminacji i rozdzielania się mieszaniny. amixon® jest tylko częściowo aktywny w obszarze wytwarzania zawiesin (slurry) oraz mikrodeaglomeracji suchych mas aktywnych baterii. Znacznie większa aktywność amixon® obejmuje homogenizację surowców. W szczególności gdy wsady do 100 m³ mają być mieszane w sposób technicznie idealny. Stosuje się do tego silosy mieszające Gyraton®. Wytwarzają one idealną jakość mieszania przy minimalnie małych napędach. Proces homogenizacji trwa kilka godzin. Połączenie dwóch ruchów jest tajemnicą idealnej jakości mieszania: rotacja wężownicowego narzędzia mieszającego SinConcave®/SinConvex® oraz precesja osi mieszadła. Tylko gdy surowce wejściowe są jednorodne, kolejny etap procesu może być prowadzony ekonomicznie: bez wahań jakości, z możliwie najwyższą efektywnością.
Ochrona przed kontaminacją zaczyna się od materiału
Ścieranie metalu jest przy materiałach bateryjnych kryterium dyskwalifikującym jakość. amixon® przeciwdziała temu wieloetapowo: materiały odporne na zużycie (Hardox, stale nierdzewne duplex), utwardzone lub wyposażone w węgliki spiekane narzędzia mieszające oraz ceramiczne powłoki plazmowe na obciążonych powierzchniach. Niskoobrotowy tryb pracy (od ok. 0,8 m/s prędkości obwodowej) redukuje powstawanie ścierania u źródła – energia tarcia i uderzeń pozostaje minimalna.
Zachowanie struktury i dodatków
Formulacje katodowe i anodowe zawierają wrażliwe składniki – sadze przewodzące, powłoki, cząstki sferyczne. Całkowita zwrotna cyrkulacja SinConvex® homogenizuje bez stref ścinania i uderzeń; jakość mieszania to technicznie idealna mieszanina losowa, również przy ekstremalnych różnicach gęstości i wielkości ziaren (środowisko referencyjne: metalurgia proszków – stosunki gęstości powyżej 1:20, cząstki 2–70 µm). Rozdzielaniu się mieszaniny podczas wyładunku zapobiegają elementy ComDisc® oraz sekundowe opróżnianie KoneSlid® KS.
Bezpieczeństwo: strefa 20 i inertyzacja
Komora mieszania jest zaprojektowana pod strefę ATEX 20; na życzenie praca odbywa się pod próżnią, a mieszanina jest inertyzowana – istotne zarówno dla zapalnych pyłów drobnych, jak i wrażliwych na utlenianie materiałów aktywnych. Gazoszczelne aparaty (VMT, AMT do 5 mbar abs.) bezpiecznie utrzymują atmosfery rozpuszczalnikowe w układzie i umożliwiają próżniowe suszenie mieszania w tym samym aparacie.
Wielkości konstrukcyjne aż po skalę gigafabryki
Od mieszalnika centrum prób poprzez dwuwałowe mieszalniki HM (standardowy raster do 20 m³, wielkości specjalne do 50 m³) aż po Gyraton® GM, który wyraźnie miesza również masy bateryjne w wsadach od 10 do ok. 100 m³ precyzyjnie i łagodnie. Dowody dotyczące ścierania, jakości mieszania i inertyzacji amixon® dostarcza wcześniej w centrum prób z oryginalnym produktem – udokumentowane, wraz z analityką cząstek i kontaminacji wykonywaną przez operatora.
Zabezpieczenie w centrum prób amixon®
Przed inwestycją liczy się dowód: w centrum prób amixon® w siedzibie głównej w Paderborn dostępnych jest ponad 30 instalacji testowych w różnych wielkościach konstrukcyjnych – uzupełnionych o centra prób w Japonii, Indiach, Tajlandii, Chinach, Korei Południowej i USA. Próby prowadzone są z oryginalnym produktem, przy rzeczywistych stopniach napełnienia i wielkościach wsadu, w przewidzianym zakresie temperatury i ciśnienia. Oceniane są: jakość mieszania, łagodność wobec produktu, wprowadzanie energii, możliwość czyszczenia i odtwarzalność w późniejszej produkcji seryjnej; wyniki są analizowane i dokumentowane wspólnie z ekspertami amixon® – jako wiarygodna podstawa decyzji, która eliminuje ryzyko techniczne i ekonomiczne jeszcze przed zakupem.
Projektowanie higieniczne jako podstawa konstrukcyjna
Wszystkie wymienione cechy opierają się na projektowaniu higienicznym amixon®: komora mieszania i mieszadło są spawane bez szczelin i wypolerowane, mieszadło jest łożyskowane tylko od góry – krytyczny pod względem kontaminacji dolny przepust wału odpada. Duże drzwi inspekcyjne Clever-Cut® z trwale bezszczelinową uszczelką OmgaSeal® zapewniają ergonomiczny dostęp do wszystkich powierzchni mających kontakt z produktem; bezszczelinowe organy wylotowe i zintegrowane lance myjące (na życzenie w pełni automatyczne czyszczenie na mokro) sprawiają, że czyszczenie na sucho i na mokro jest walidowalne – zgodnie z wytycznymi EHEDG, wytycznymi higienicznymi FDA i normami 3-A Sanitary Standards.