16. November 2023

Das Material Ihrer Wahl für die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien

Fünf Gründe, warum Hexoloy® SE das Material Ihrer Wahl für die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien ist

Die zunehmende Akzeptanz von Elektrofahrzeugen (EVs) und die Nachfrage nach Energiespeicherung im Netzmaßstab sind zwei Gründe, warum Prognostiker vorhersagen, dass der weltweite Markt für Elektrofahrzeugbatterien bis 161.3 2028 Milliarden US-Dollar erreichen wird, gegenüber 66.4 Milliarden US-Dollar im Jahr 2023, bei einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 19.4 %.

Neben Elektrofahrzeugen und stationären Speichern sind Li-Ionen-Batterien in tragbaren Elektronikgeräten, medizinischen Geräten, Elektrowerkzeugen und vielen anderen Produkten allgegenwärtig. Die Zulieferer reagieren an mehreren Fronten, indem sie neue Batteriechemien für eine höhere Energiedichte entwickeln, die Recyclingbemühungen verstärken und die Batterieproduktion ausweiten.

Zur Bereitstellung der optimalen Kombination aus Energiedichte, Kosten und Sicherheit für die Zielanwendung stehen mehrere kathodenaktive Materialchemien (CAM) zur Verfügung. Zu den beliebtesten Formulierungen gehören:
LFP — Lithiumeisenphosphat (LiFePO4)
NMC — Lithium-Nickel-Kobalt-Mangan-Oxid (LiNiCoMnO2)
LCO — Lithium-Kobalt-Oxid (LiCoO2)
NCA — Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminiumoxid (LiNiCoAlO2)
LMO — Lithium-Mangan-Oxid (LiMn2O4)
Lithium-ionen
Rollenherdöfen (RHK), die bei hohen Temperaturen arbeiten, sind für die Herstellung von Kathodenpulvern von entscheidender Bedeutung. Ein RHK ist ein kontinuierlicher Ofen, in dem ein aus rotierenden Rollen bestehender Herd die Produkte durch den Ofen bewegt. Neben dem Einsatz bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien werden RHKs auch für die Herstellung vieler Konsumgüter wie Porzellan und Fliesen verwendet.

Angesichts der steigenden Nachfrage steigern die Hersteller ihre Produktion mit neuen, größeren RHKs, die im Vergleich zu früheren Ofenversionen einen größeren Durchmesser und längere Rollen erfordern. Diese Rollen müssen außerdem eine lange Lebensdauer und eine hohe Zuverlässigkeit bei erheblichen Belastungen aufweisen.
Saint-Gobain Performance Ceramics & Refractories Hexoloy® SE ist ein dichtgesintertes (weniger als 10 µm) Siliziumcarbid (SiC)-Material, das außergewöhnliche Festigkeit bei Hochtemperaturbetrieb mit hoher chemischer Korrosionsbeständigkeit kombiniert. Anschließend fünf Gründe, warum Hexoloy  sich ideal für RHKs in der Herstellung von Li-Ionen-Batterien eignet.

Hochtemperaturstabilität

RHK-Temperaturen können während des Kalzinierungsprozesses für Kathoden bis zu 1,200 °C (2,192 °F) erreichen. Die einphasige Zusammensetzung des Hexoloy® SE-Materials ermöglicht den Betrieb bei bis zu 1,600 °C in Luft (und sogar noch höher in einer inerten Atmosphäre) und führt zu einem extrem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten (4.02 x 10-6/°C). Es ist sehr stabil in Anwendungen unter rauen Umgebungsbedingungen.

Hohe Wärmeleitfähigkeit

Die hohe Wärmeleitfähigkeit des SE-Materials Hexoloy® (34,8 W/mK bei 1200 °C) macht es sehr widerstandsfähig gegen Temperaturwechsel.

Extreme Härte

Hexoloy® SE SiC ist eines der härtesten verfügbaren Hochleistungsmaterialien und 50 % härter als Wolframkarbid. Seine Dichte beträgt über 95 % der Theorie und es ist im Wesentlichen undurchlässig ohne den Einsatz von Imprägniermitteln, was bedeutet, dass es bei hochreinen Anwendungen zu keiner Kontamination kommt. Die Minimierung der Kontamination ist für die Herstellung hochwertiger Batterien von entscheidender Bedeutung: Partikel sind besonders schädlich und können in fertigen Batterien unerwünschte Reaktionen und Kurzschlüsse hervorrufen.

Hohe Festigkeit

Hexoloy® SE SiC-Walzen bieten eine höhere Tragfähigkeit als siliziuminfiltriertes Siliziumkarbid (SiSiC); Daher werden diese Walzen typischerweise mit dünneren Wänden angeboten. In großen RHKs können Hexoloy® SE SiC-Walzen einen Durchmesser von bis zu 50 mm mit 7 bis 8 mm dicken Wänden und einer Länge von bis zu 3350 mm haben. Die Möglichkeit, die gleiche Festigkeit mit einer leichteren, dünneren Walze zu erreichen, ermöglicht es dem Entwickler, die Energieeffizienz durch kostengünstigere, kleinere Motoren zu steigern, die weniger Strom verbrauchen.

Nahezu komplett Korrosionsbeständigkeit

Eine hohe Korrosionsbeständigkeit sorgt für eine längere Produktlebensdauer, senkt die Wartungskosten und erhöht die Betriebszeit. RHKs in der Batterieherstellung arbeiten mit einer Vielzahl von Gasen: Luft, Sauerstoff, Stickstoff, Stickstoff plus Wasserstoff und CO2. Darüber hinaus enthalten Kathodenpulver korrosive Chemikalien: Das RHK muss gegen alle verschiedenen Gase und Formulierungen beständig sein.

Die vielen wünschenswerten Eigenschaften von Hexoloy® SE SiC machen es zur klaren Wahl für den Einsatz in RHKs in Produktionslinien für die Herstellung von Kathodenaktivmaterialien für Li-Ionen-Batterien.