#Schüttguthandling in der #Batteriefertigung
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Zusätzlich treibt der Trend zur Elektromobilität sowie -speicherung den Bedarf an Lithium und anderen Rohstoffen wie Cobalt, Nickel und Mangan – speziell bei der Batteriefertigung – voran. Bei der anspruchsvollen Produktionskette der Akkus stellt die Zuführung von Ausgangsmaterialien den Ersten, aber für die Qualität des Endproduktes entscheidenden Schritt dar. Auch hier spielt das Schüttguthandling eine wesentliche Rolle für die Lebensdauer und Leistung der Batterie. Neben dem EX-Schutz gilt es auch, Containment Aspekte zu beachten.
Herstellung von Batteriemassen
HECHT Technologie realisiert und bietet hochmoderne Entleer-, Förder- und Dosiertechnologien für die Herstellung unterschiedlichster Batteriebestandteile. Das Hauptaugenmerk liegt auf der kontinuierlichen und exakten Zuführung von Rohstoffen für die Produktion von Kathoden und Anoden. Der Schutz der Anwender und des Produkts steht dabei im Fokus.
Unser Kunde ist ein namhafter Batteriehersteller mit Hauptsitz in Deutschland.
Die installierte Kombi-Anlage besteht aus einer Anodenlinie und einer Kathodenlinie. Beide Linien bestehen wiederum aus zwei getrennten, voneinander unabhängigen Teilanlagen. In jeder Teilanlage wird prinzipiell der gleiche Prozess ausgeführt beginnend an den Aufgabestationen. In der Anlage werden die pulverförmigen Bestandteile aufgegeben, gefördert und in einen bauseitigen Mischbe-hälter dosiert. Das Pulver wird dann in den nachfolgenden Prozessschritten für die Her-stellung der Elektrodenpaste der Anode für Lithium Ionen Batterieelektroden verwendet. Insgesamt wurden zwei Mischstationen mit zugehörigen Produktaufgaben geliefert.
Funktionsbeschreibung
Der Hauptbestandteil für die Anoden- und Kathodenmaterialien werden in Big-Bag-Entleerstationen staubarm aufgegeben.
Big Bag Entleer Stationen bestehen im Wesentlichen aus 4 Bestandteilen, nämlich einem
- Anschlusssystem als Kernkomponente für die sichere Entleerung,
- dem Auflagetisch zur Absicherung bei schwebenden Lasten,
- dem Gestell zur Befestigung des Anschlusssystems sowie einem
- Hubgerät.
Die beim Kunden implementierten Big-Bag-Entleerstationen sind zusätzlich mit einem Klumpenbrecher ausgerüstet, der Agglomerate und Klumpen vor der Förderung und Dosierung beseitigt.
Zunächst wird der Big Bag an das HECHT Liner-Anschluss System LAS-EC zum geschlossenen Produkthandling angeschlossen.
Dies zeichnet sich durch ein definiertes, sicheres Handling mit logischem Bedienablauf in wenigen Schritten aus und sorgt für ein leichtes, ergonomisches und sicheres Austragen von Pulvern.
Auch beim Wechseln der Big-Bags ist das System immer geschlossen zur Umgebung, so dass kein Produktstaub nach außen verschleppt wird.
Der geforderte OEB-4 Level für die NMC-Produkte kann dadurch eingehalten werden.
Die für die Batterieherstellung notwendigen Materialen Ruß und Grafit sind für den Bediener relativ unkritisch und werden in der Regel ohne OEB Level Vorgaben erarbeitet. Für die Entleerung dieser Produkte wurde auch das HECHT Liner Anschluss System LAS-EC für OEB Level 4 eingesetzt.
Dies allerdings aus Gründen der Sauberkeit für die Umgebung sowie auch Vermeidung von eventuellen Kreuz-Kontaminationen.
Die Kleinmengen werden in Säcken in unterschiedlichen Größen angeliefert und staubarm entleert.
Dafür werden die Säcke über eine Zuführung/Schleuse in die Sackentleerstation mit Glovebox eingebracht. Die Säcke werden dann über Handschuheingriffe geöffnet und entleert.
Die leeren Säcke werden über einen seitlichen Abwurf in einen Liner entsorgt. Ein Kugelabsaugschuh mit Rührwerk unterhalb der Glovebox führt das Produkt dem pneumatischen Transportsystem zu. Dadurch ist eine gleichbleibende Schüttgutqualität und Korngrößenverteilung gegeben.
Im nächsten Schritt wird das Pulver zur Dosierstation mittels Vakuumförderer (PCC) transportiert.
Der HECHT ProClean Conveyor PCC ist ein sehr leistungsfähiger, hochflexibler pneumatischer Förderer für lange Förderwege und den sicheren Transport von explosiven oder toxischen Stoffen ausgelegt ist.
Für jedes Produkt wird ein eigenes Fördersystem eingesetzt. Die Fördergeräte dienen gleichzeitig als Vorlagebehälter, aus denen in den bauseitigen Mischbehälter dosiert wird. Die geforderte Genauigkeit wurde problemlos erreicht. (Primärverwiegung, Entnahmeverwiegung). Falls mehrere Materialien in einen Mischbehälter gefördert werden, erfolgt dies sequentiell nach einer vorgegebenen Rezeptur. So werden maximal bis zu drei verschiedene Feststoffe in den mobilen Mischbehälter befördert. Die Anzahl der Produkte als auch der Fördergeräte kann bei Bedarf erweitert werden.
Nach jeder Einzeldosierung wird mittels der Kontrollverwiegung das Dosierergebnis im Mischbehälter überprüft. Der Mischbehälter befindet sich in einer Absaugkabine und wird mit einem pneumatisch betätigten Auflagedeckel verschlossen. Der Deckel ist mit Anschlüssen für die Komponenten und einer Entlüftung versehen.
Im Anschluss wird im bauseitigen Mischer unter Zugabe von Flüssigkeit die sogenannte Elektrodenpaste herstellt. Diese wird im weiteren Prozess auf ein Metallsubstrat aufgetragen, getrocknet und ausgeschnitten. Die sogenannten Separatorfolien bestehen aus porösen Kunststoffen, die zwischen den beiden Elektroden angebracht werden, um eine Kurzschlussbildung zu verhindern. Im letzten Schritt werden die Elektroden und Separatoren in Schichten übereinandergestapelt und in ein Gehäuse eingeschlossen, welches mit einem Elektrolyt befüllt wird, das die Ionen zwischen den Elektroden transportiert. Das Gehäuse wird schließlich versiegelt, um das Auslaufen des Elektrolyts zu verhindern.
Recyclingsverfahren
Nicht nur die Herstellung von Batterien ist ein komplexer Prozess, denn letztendlich ist das Recycling ein wichtiger Aspekt, um die Umweltauswirkungen von gefährlichen Chemikalien zu reduzieren. Es gibt jedoch einige Schwierigkeiten, die den Prozess des Batterierecyclings erschweren. Speziell Carbon Black, das aus Kohlenstoff besteht, ist sowohl ein nützlicher, aber auch ein potenziell gefährlicher Stoff, wenn er eingeatmet wird. Die feinen Partikel können in die Lungen gelangen und zu Atemproblemen führen. Aus diesem Grund müssen bei der Verwendung von Carbon Black Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden. Carbon Black kann aus Altbatterien durch ein Recyclingverfahren gewonnen werden, das als Pyrolyse bezeichnet wird. Pyrolyse ist ein thermischer Abbau von organischen Materialien in einer Sauerstoff-freien Umgebung. Im Falle von Batterien werden diese zuerst mechanisch zerkleinert und in ihre Einzelteile zerlegt. Anschließend werden die Batterieteile in einem Ofen unter sauerstofffreien Bedingungen erhitzt. Durch die Erhitzung werden die organischen Materialien in der Batterie abgebaut und es entsteht ein Gemisch aus flüssigen und gasförmigen Bestandteilen sowie Carbon Black. Das entstandene Gemisch wird dann in verschiedenen Prozessschritten aufbereitet, um das Carbon Black von anderen Bestandteilen zu trennen und zu reinigen. Das gewonnene Carbon Black kann dann in anderen Anwendungen wie Gummi- und Kunststoffherstellung eingesetzt oder erneut zur Batterieproduktion verwendet werden. Auch andere Rohstoffe werden durch das Recyclen zurückgewonnen, z.B. Lithium, Cobalt, Nickel als auch die Trägerfolien aus Kupfer oder Aluminium.
Um diese Produkte im letzten Schritt sicher und für den Bediener ungefährlich abzufüllen und für den Transport vorzubereiten, kommen diverse HECHT Containment Förder- und/oder Befüllstationen zum Einsatz.