Von Tim Schäfer (Envites Energy Li-Technologie)
Zu technischen Umweltbedingungen & Erfordernissen für die Lithium-Ionen-Zellproduktion
Viele Technikum Anlagen oder Forschungsproduktionslinien und sogar Produktionsanlagen für Lithium-Ionen-Zellen sind grundsätzlich in sogenannten Trockenkammern oder Trockenräumen (dry rooms) aufgebaut. Gemeinhin, daß soll auch hier nicht näher betrachtet werden, besteht Einverständnis in die Notwendigkeit des Betriebs in den Trockenraumkammern.
Die Auslegung dieser Trockenräume ist anforderungsvoll, denn die Größe, in der Regel ein Taupunkt < -35°C im Raum/Abluft, die Personenzahl, Maschinenabwärme, Schleusen usw. müssen berücksichtigt werden, um eine entsprechende Luftleistung richtig anzusetzen.
Darüber hinaus spielen die Luftwechselzahl für den Raum sowie diverse Prozessanforderungen bspw. an Materialien im Trockenraum eine signifikante Rolle. Einerseits sollen Feuchtigkeitsnester generell vermieden werden. Auch für einzuschleusendes Material wie prismatische oder zylindrische Zellgehäuse, die mit trockener Luft gespült werden können.
Andererseits ist eine stabile Luftumströmung zur Vermeidung von Feuchtigkeitskontamination im Trockenraum empfehlenswert. Energieeffizienz spielt eine immer größere Rolle, die Anbieter der Anlagen setzen auf Rückgewinnung von Energie und Effizienz.
Jedenfalls sollte gesichert bleiben, dass die Werte im Trockenraum stabil bleiben, im Falle einer Nichtbenutzung kann unter einem Regime, welches letztlich den Anforderungen an eine Lithium-Ionen-Batterie Produktion entsprechen muss, auch abgesenkt werden. Die Prozessabwärme kann genutzt werden, bspw. aus dem Kaltwassererzeuger, um die Beheizung zu realisieren, sowie auch mittels Wärmeauskopplung aus der Regenerationsabluft. Nicht zuletzt sind etwaige Abluftmengen durch mögliche Absaugungen zu berücksichtigen.
Es wird an dieser Stelle empfohlen, einen technischen Berater ein zu beziehen, der Erfahrungen in erfolgreich laufenden Prozessen und mit Trockenräumen und Lithium-Ionen-Zellen hat.
Doch ist der beschriebene Trockenraum die hinreichende Bedingung für anforderungsgerechte Umweltbedingungen für die Präparation oder Produktion von Lithium-Ionen-Zellen? Kurz gesagt, nein!
Fangen wir mit den Materialien für die Elektroden an, der Materialraum, die Mischstation wie die eigentliche Elektrodenfertigung werden mit unterschiedlichen Temperaturbereichen und Rest/Feuchtigkeit betrieben. Hier werden sozusagen die Grundlagen für die Fehlerfreiheit und Qualität sowie Lebensdauer und Sicherheit der Lithium-Ionen-Systemzellen zementiert.
Die Daten oder Betriebsbereiche sind bezüglich der Systeme bei den führenden internationalen Herstellern durchaus divers, wobei aber von vornherein häufig hierbei eine gewisse Flexibilität durch die Auslegung der Peripherieanlagen geben ist. So sind die Hersteller in der Lage, etwa Mischoxide, diverse Anodenmaterialien, auch andere Materialien (LFP, LTO), erfolgreich zu prozessieren.
Natürlich, hier geht es ja zunächst einmal nur um die Frage der Umweltbedingungen, hat eine erfolgreich operierende Elektrodenfertigung noch andere wesentliche Randbedingungen direkt im Prozess.
Mithin hat auch die Eingangsseite der Vakuumtrocknung ähnliche Anforderungen, die ja meist zum eigentlichen Trockenraum koppelbar ist (Schleusen).
Die eigentlichen Zellprozesse für die Assemblierung der Lithium-Ionen-Zellen laufen dann im Trockenraum (dry room) ab, wie das oben skizziert worden ist.
Degassing und die zum Teil feingliedrigen Formationsprozesse (!), meist befindet sich eine Formation in zumindest einem separaten Gebäudeteil, werden auch wiederum ähnlich, aber in diversen Temperaturbereichen und Feuchtebereichen geführt.
Der Autor hat 25 Jahre praktische Erfahrung auf dem Gebiet der Herstellung und industriellen Entwicklung von Li-Ionen-Batterien in Deutschland. Envites Energy unterstützt und berät in prozessualen wie technologischen Fragen von und zu Li-Ionen-Zellen (www.envites.de) .