11 Okt 2019 Chemical Industry

Neues, effizientes Verfahren zur Graphitverrundung

Aufgrund seiner Verwendung als Anodenmaterial in Lithiumionenbatterien hat Graphit eine herausragende Bedeutung im Bereich der Elektromobilität. Um die für die Batterieanwendung geforderte Reinheitsstufe zu erhalten, muss der natürlich vorkommende Graphit, im Gestein feinverteilter sogenannter Flockengraphit, über verschiedene Verfahren aufgearbeitet werden. Neben der chemischen Reinheit spielt aber auch die Morphologie des Graphits eine entscheidende Rolle. Für die Anwendung als Anodenmaterial ist sphärischer Graphit (SPG) ideal. Dessen glatte, kleine Oberfläche verhindert ein Abblättern und führt zu einem geringeren irreversiblen Kapazitätsverlust und damit zu einer hohen Lebensdauer. Dank der hohen Stampfdichte erreicht man eine hohe Beladung und damit höhere Energiedichte.

NETZSCH und Dorfner ANZAPLAN haben gemeinsam ein effizientes Verfahren zur Graphitverrundung entwickelt, das Nachteile des bislang häufig eingesetzten Verfahrens mit mehr als 20 in Reihe geschalteten Sichtermühlen überwindet: In einem ersten Schritt wird der Flockengraphit in einer Sichtermühle oder Fließbettstrahlmühle auf die optimale Ausgangskorngröße für die Sphäroidisierung vorzerkleinert. Die eigentliche Partikelverrundung findet dann direkt nachgeschaltet in der neu konzipierten NETZSCH Verrundungseinheit GyRho statt, die in unterschiedlichen Baugrößen verfügbar ist und auf die benötigte Ausstoßmenge ausgelegt werden kann. Für größere Durchsatzmengen können zwei (oder mehr) parallel betriebene Maschinen eingesetzt werden und ersetzen die erwähnten Züge von 20 Maschinen oder mehr.

Die Effizienzsteigerung bzw. die Vorteile die das verfahrenstechnisch optimierte neue System jeweils im Vergleich zum bisherigen Standard-Anlagenzug erzielt, sind eindrucksvoll: Die Verfügbarkeit der Anlage konnte um 30% gesteigert werden, da die Anzahl an Maschinen und somit die Ausfallwahrscheinlichkeit dramatisch reduziert wurde. Dadurch sinken gleichzeitig die Wartungskosten um annähernd 90% und das kompakte Setup erlaubt die Aufstellung der Anlage auf einer um 60% kleineren Grundfläche. Darüber hinaus benötigt das System von NETZSCH/Dorfner ANZAPLAN bei gleicher Produktionskapazität nur die Hälfte der installierten Leistung des Anlagenzuges und verbraucht aufgrund einer optimierten Fahrweise 60% weniger Energie.

Eine entscheidende Verbesserung stellt auch die Produkt-Ausbeute des Prozesses dar. Durch die optimierte Mahlraumgestaltung sowie die reduzierte Zahl an Komponenten, konnten die Ausbeuten von 30 bis 40% des Standardsystems auf 60 bis 65% gesteigert werden. Dabei ist es durch gezielte Einstellungen möglich, die maximale Ausbeute bei gewünschter Qualität zu erreichen. Qualitätskriterien wie Breite der Verteilung, Stampfdichte und Partikelgröße lassen sich durch Variation der Prozessparameter direkt beeinflussen. Mit dem von NETZSCH und Dorfner ANZAPLAN neu entwickelten System GyRho sind alle auf dem Markt geforderten Qualitäten darstellbar, wie beispielsweise sphärischer Graphit mit einer Stampfdichte von mehr als 960 g/l bei einem d50 Wert von 16,8 μm (Ausbeute bezogen auf Rohmaterialmenge > 60 %).

Mit dem von NETZSCH und Dorfner ANZAPLAN entwickelten Verfahren erzielt man somit bei gleicher Produktionskapazität nicht nur eine höhere Anlagenverfügbarkeit und Rohstoffeffizienz sondern auch noch eine deutlich höhere Produktqualität. Die genannten Verbesserungen führen zu einer Senkung der Betriebskosten um etwa 35%, womit dieses neu entwickelte System eine technisch überlegene Lösung darstellt, die die Wirtschaftlichkeit der Graphitverrundung entscheidend verbessert. Im mit neuester Technologie ausgestatteten NETZSCH Anwendungslabor, das Teil des umfassenden Serviceangebots ist, sind Versuche zur Graphitverrundung vom Labor- bis zum Produktionsmaßstab möglich. Produktproben werden unter Produktionsbedingungen verarbeitet und deren Verhalten analysiert, um so bei höchster Effizienz das beste Ergebnis zu erzielen.

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