Przy produkcji akumulatorów litowo-jonowych procesy mieszania materiałów katodowych i anodowych mają decydujący wpływ na jakość i są istotne dla bezpieczeństwa. Odpowiednie mieszalniki muszą osiągać wymaganą jakość mieszania, możliwie chronić cząstki, ograniczać wprowadzanie niepożądanych substancji obcych oraz być zintegrowane z odpowiednią koncepcją ochrony przeciwwybuchowej.

Materiały katodowe, takie jak NMC, NCA, LFP lub LCO, oraz materiały anodowe, takie jak grafit, kompozyty krzemowe lub tytanian litu, różnią się wyraźnie pod względem wielkości cząstek, gęstości nasypowej, ścieralności, wrażliwości na wilgoć i przewodności elektrycznej. Dopuszczalna kontaminacja i wymagana intensywność mieszania muszą zatem zostać ustalone dla każdej receptury i etapu procesu. Nie każdy produkt bateryjny jest automatycznie zdolny do wybuchu pyłowego lub szczególnie wrażliwy na wilgoć. Musi to zostać ocenione na podstawie rzeczywistych właściwości materiałowych.

Do suchego mieszania materiałów aktywnych, dodatków przewodzących i innych składników proszkowych stosuje się kilka zasad mieszania. Stożkowe mieszalniki ślimakowe nadają się szczególnie do cząstek wrażliwych na ścinanie, powlekanych lub kruchych. Ich powolny ruch mieszający umożliwia łagodne, trójwymiarowe przemieszczanie produktu. Są one sensowne przede wszystkim wtedy, gdy na pierwszym planie stoi niskie obciążenie mechaniczne i dobra zdolność opróżniania.

Mieszalniki lemieszowe i intensywne oferują wysoką intensywność mieszania i krótkie czasy mieszania. Mogą być odpowiednie dla proszków dobrze do umiarkowanie płynących oraz receptur z dodatkami i aglomeratami. Dodatkowe narzędzia rozdrabniające wolno jednak stosować tylko wtedy, gdy wymagane wprowadzanie energii, możliwe ścieranie i wpływ na strukturę cząstek zostały wystarczająco zbadane.

Dwuwałowe mieszalniki łopatkowe mogą być dobrym rozwiązaniem przy większych wsadach i wysokich przepustowościach. Wytwarzają intensywny konwekcyjny ruch produktu i mogą być stosowane jako mieszalniki okresowe lub, w dostosowanych koncepcjach, również do procesów ciągłych. Decydujące znaczenie mają przy tym równomierne zasilanie, odpowiednia konstrukcja wyładunku oraz kontrola ewentualnego rozdzielania się.

Mieszalniki kontenerowe i bębnowe są szczególnie interesujące przy małych wsadach, ilościach rozwojowych i częstych zmianach produktu. Gdy zbiornik służy jednocześnie jako pojemnik transportowy i mieszający, można zredukować etapy przesypywania. Zmniejsza to liczbę otwartych interfejsów, nakład na czyszczenie i potencjalne zanieczyszczenia krzyżowe. Akustyczne mieszalniki rezonansowe mogą być alternatywą przy małych wsadach i specjalnych zadaniach mieszania. Ponieważ w zbiorniku nie obracają się żadne narzędzia mieszające mające kontakt z produktem, można zredukować mechaniczne ścieranie narzędzi. Ich przydatność pod względem przepustowości, wielkości zbiornika i receptury musi jednak zostać sprawdzona indywidualnie.

Dla wytwarzania zawiesin (slurry) obowiązują inne wymagania niż dla suchego mieszania. Materiał aktywny, dodatki przewodzące, spoiwo i rozpuszczalnik muszą zostać zwilżone, zdyspergowane i ewentualnie odgazowane. Mieszalniki planetarne i dwuplanetarne nadają się do wysokolepkich past elektrodowych, zwłaszcza gdy praca ma odbywać się pod próżnią. Dyspergatory, dissolvery lub systemy rotor-stator mogą wspierać zwilżanie i rozbijanie aglomeratów. Przy bardzo wysokich wymaganiach co do dyspersji może być konieczne dodatkowe mielenie na mokro.

Kontrola kontaminacji zaczyna się od doboru wszystkich materiałów mających kontakt z produktem. Stal nierdzewna może być odpowiednia dla wielu zastosowań, ale nie jest automatycznie najlepszym wyborem. Jeśli krytyczne są pojedyncze metale lub cząstki metaliczne, materiały, powierzchnie i dopuszczalne wskaźniki zużycia muszą zostać celowo dopasowane do specyfikacji produktu. Elektropolerowane powierzchnie ze stali nierdzewnej mogą poprawić możliwość czyszczenia i zredukować przyleganie. Powłoki, ceramika techniczna lub wykładziny polimerowe mogą być również odpowiednie, ale muszą zostać ocenione pod względem ścierania, uwalniania cząstek, odporności chemicznej i możliwości czyszczenia.

Również uszczelnienia, łożyskowania i przepusty wałów są istotnymi źródłami kontaminacji. Systemy uszczelniające muszą zapobiegać przenikaniu produktu do obszarów łożyskowania oraz wprowadzaniu smarów lub ścieranego materiału do przestrzeni mieszania. W zależności od procesu sensowne mogą być uszczelnienia przepłukiwane gazem, systemy gazu zaporowego lub koncepcje uszczelnień bezstykowych. Separatory magnetyczne w strumieniu produktu mogą wychwytywać ferromagnetyczne cząstki obce. Nie wykrywają one jednak wszystkich zanieczyszczeń metalicznych ani niemetalicznych i dlatego nie zastępują profilaktycznej strategii ochrony przed kontaminacją.

Dobra możliwość czyszczenia redukuje zanieczyszczenia krzyżowe między różnymi chemiami katod i anod. Odpowiednia metoda czyszczenia zależy od produktu, spoiwa, rozpuszczalnika i wymaganej czystości. Czyszczenie na sucho, czyszczenie ręczne, koncepcje WIP lub CIP muszą być każdorazowo sprawdzone pod kątem przydatności. Przy materiałach wrażliwych na wilgoć czyszczenie na mokro może wymagać dodatkowych etapów suszenia i dopuszczenia. Skuteczność czyszczenia powinna zostać wykazana udokumentowaną metodą.

Dobór ATEX zależy od oceny ryzyka dla konkretnego produktu i procesu. Ocenia się przy tym między innymi zdolność do wybuchu pyłowego, minimalną energię zapłonu, maksymalne ciśnienie wybuchu, minimalną temperaturę zapłonu, przewodność elektryczną oraz ewentualne atmosfery rozpuszczalnikowe. Wnętrze mieszalnika może przy proszkach zdolnych do wybuchu pyłowego zostać zaklasyfikowane jako strefa 20. Obszary przy zasilaniu, opróżnianiu lub filtracji mogą, w zależności od zachowania emisyjnego, zostać ocenione jako strefa 21 lub strefa 22. Przy rozpuszczalnikach konieczna jest dodatkowo ocena możliwych stref gazowych lub oparowych.

Skuteczna koncepcja ochrony może łączyć inertyzację, unikanie źródeł zapłonu i konstrukcyjną ochronę przeciwwybuchową. Przy inertyzacji zawartość tlenu jest utrzymywana za pomocą azotu lub argonu poniżej granicznego stężenia tlenu ustalonego dla danego produktu. Konieczne mogą być do tego konstrukcje wytrzymałe ciśnieniowo lub próżniowo. Wykonanie odporne na uderzenie ciśnieniowe, odciążenie wybuchowe, tłumienie wybuchu lub odsprzęganie wchodzi w grę, gdy nie można bezpiecznie wykluczyć zdarzenia wybuchowego.

Wszystkie przewodzące elementy instalacji muszą być włączone w koncepcję uziemienia i wyrównania potencjałów. Należą do nich mieszalnik, narzędzia, rurociągi, filtry, kontenery i przenośne opakowania. Temperatura, prędkość obrotowa, drgania, łożyska i uszczelnienia mogą być monitorowane, aby wcześnie wykrywać mechaniczne źródła zapłonu, takie jak tarcie lub przegrzewające się komponenty. Wymagana klasa temperaturowa wynika z rzeczywistych właściwości materiałowych i maksymalnie występujących temperatur powierzchni.

Nie istnieje ogólnie obowiązująca rekomendacja dla pojedynczego typu mieszalnika. Do łagodnego suchego mieszania odpowiednie są często stożkowe mieszalniki ślimakowe lub inne wolno pracujące systemy pionowe. Do intensywnego suchego mieszania i wyższych przepustowości w grę wchodzą mieszalniki lemieszowe, intensywne lub dwuwałowe. Do wysokolepkich zawiesin elektrodowych odpowiednie są mieszalniki planetarne, dissolvery i inne systemy dyspergujące.

Najlepszy wybór powstaje na podstawie prób z oryginalnym materiałem. Należy przy tym wspólnie ocenić jakość mieszania, ochronę cząstek, ścieranie, kontaminację, zdolność opróżniania, możliwość czyszczenia, wprowadzanie energii oraz wymagania ATEX. Tylko w ten sposób mieszalnik można dobrać odpowiednio do receptury, skali produkcji i wymagań bezpieczeństwa.