DE102021132285A1 - Process for preparing battery electrodes and battery electrode - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Aufbereiten von Batterieelektroden, umfassend die Schritte:- Bereitstellen von Elektrodenmaterial, wobei das Elektrodenmaterial Trägermaterial umfasst, welches ein- oder beidseitig eine Beschichtung aufweist;- Verwenden von Infrarotstrahlung zum Einbringen von Wärme in die Beschichtung zum Lösen, insbesondere An- oder Ablösen, der Beschichtung.Method for processing battery electrodes, comprising the steps:- providing electrode material, the electrode material comprising carrier material which has a coating on one or both sides;- using infrared radiation to introduce heat into the coating for loosening, in particular partial or partial removal, the coating.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbereiten von Batterieelektroden sowie eine Batterieelektrode.The present invention relates to a method for preparing battery electrodes and a battery electrode.
Für das Recycling von Energiespeicherzellen, wie beispielsweise Lithiumionenzellen, oder von Produktionsausschüssen bei deren Herstellung, spielt die Separation des Beschichtungsmaterials von der Stromableiterfolie eine entscheidende Rolle. Besonders das Aktivmaterial der Kathode ist sehr wertvoll und macht mit ca. 40 % einen wesentlichen Anteil der Zellkosten aus. Die Separation wird nach derzeitigem Stand beispielsweise als rein mechanisches Verfahren umgesetzt, beispielsweise durch Schreddern, Mahlen und Sieben. Alternativ oder zusätzlich kommen Lösungsmittel zum Einsatz, die ggf. eine höhere Trenneffizienz erreichen als rein mechanische Verfahren, gleichzeitig aber Kostennachteile mit sich bringen sowie im Hinblick auf Arbeitssicherheit und Nachhaltigkeit nicht optimal sind. Für die Trennung von Elektrodensubstratblechen und der Beschichtung schlägt beispielsweise die
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Aufbereiten von Batterieelektroden sowie eine Batterieelektrode anzugeben, wobei die vorgenannten Nachteile beseitigt werden können. Zudem soll das Verfahren kostengünstig und industriell gut umsetzbar sein.It is therefore an object of the present invention to specify a method for preparing battery electrodes and a battery electrode, in which case the aforementioned disadvantages can be eliminated. In addition, the process should be inexpensive and easy to implement industrially.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Batterieelektrode gemäß Anspruch 12 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und der beigefügten Figur. Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zum Aufbereiten von Batterieelektroden die Schritte:
- - Bereitstellen von Elektrodenmaterial, wobei das Elektrodenmaterial Trägermaterial, wie insbesondere eine Stromableiterfolie, umfasst, welche ein- oder beidseitig eine Beschichtung aufweist;
- - Verwenden von Infrarotstrahlung zum Einbringen von Wärme in die Beschichtung zum Lösen, insbesondere An- oder Ablösen, der Beschichtung.
- - Providing electrode material, wherein the electrode material comprises carrier material, such as in particular a current conductor foil, which has a coating on one or both sides;
- - Using infrared radiation to introduce heat into the coating to loosen, in particular to partially or detached, the coating.
Infrarotstrahlung, auch IR-Strahlung, Infrarot, ist elektromagnetische Strahlung im Spektralbereich zwischen sichtbarem Licht und der längerwelligen Terahertzstrahlung. Vorliegend ist Licht insbesondere mit einer Wellenlänge zwischen 780 nm und 1 mm gemeint.Infrared radiation, also IR radiation, infrared, is electromagnetic radiation in the spectral range between visible light and longer-wave terahertz radiation. In the present case, light is meant in particular with a wavelength between 780 nm and 1 mm.
Der Wärmeeintrag führt gemäß einer Ausführungsform insbesondere dazu, dass sich der in der Beschichtung enthaltende Binder zersetzt. Dies führt zur, zumindest bereichsweisen, Auflösung des Stoffzusammenhalts. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Zersetzen eines in der Beschichtung enthaltenen Binders durch das Einbringen der Wärme.
- - Decomposition of a binder contained in the coating due to the introduction of heat.
Mit anderen Worten wird die Wärme so eingebracht, dass der in der Beschichtung enthaltene Binder zersetzt wird, wodurch die vorbeschriebene Auflösung des Stoffzusammenhalts erreicht wird.In other words, the heat is introduced in such a way that the binder contained in the coating is decomposed, as a result of which the above-described dissolution of the material cohesion is achieved.
Als Binder werden üblicherweise fluorhaltige Polymere verwendet, wie beispielsweise Polyvinylidenfluorid-Homopolymer (PVDF) und Polyvinylidenfluorid-Copolymer (PVDF-Copolymer), sowie beliebige Mischungen daraus.Fluorine-containing polymers are usually used as binders, such as polyvinylidene fluoride homopolymer (PVDF) and polyvinylidene fluoride copolymer (PVDF copolymer), and any mixtures thereof.
Vorteilhafterweise ist die Infrarotstrahlung bzw. die Infrarotbestrahlung weniger energieintensiv als beispielsweise eine Erwärmung in einem Ofen, da durch die, insbesondere unmittelbare oder direkte, Infrarotbestrahlung bereits in sehr kurzer Zeit ein ausreichend hoher Energieeintrag in das Material erreicht werden kann. Dies setzt die Prozesszeit herab. So kann im Durchlauf bandförmiges Ausschussmaterial erwärmt und entschichtet werden. Darüber hinaus liegt der Wirkungsgrad der Infraroterwärmung auf schwarzen Oberflächen wie sie bei Batterieelektroden, wie beispielsweise bei Li-lonen-Zell-Kathoden, vorliegen, auf einem hohen Niveau, da der Emissionsgrad sehr hoch ist. Die Beschichtung wird zweckmäßigerweise nicht langanhaltend durcherhitzt, wie dies in einem Ofen erfolgen würde. In der Folge ist das Verfahren als sehr schonend zu bezeichnen. Mit Vorteil kann vorliegend, zumindest weitgehend, vermieden werden, dass ggf. Reaktionen stattfinden, welche das Beschichtungsmaterial in ungünstiger Art und Weise beeinflussen, wie beispielsweise die Bildung von gasförmigem Fluorwasserstoff (HF). Dieser reagiert beispielsweise mit dem Lithium aus dem Kathodenaktivmaterial zu inaktivem Lithiumfluorid (LiF), wodurch die Kapazität des Aktivmaterials herabgesetzt wird.Advantageously, the infrared radiation or infrared radiation is less energy-intensive than, for example, heating in an oven, since the particularly immediate or direct infrared radiation can achieve a sufficiently high energy input into the material in a very short time. This reduces the process time. In this way, scrap material in strip form can be heated and stripped of the coating in the throughput. In addition, the efficiency of infrared heating on black surfaces such as those found in battery electrodes, such as Li-ion cell cathodes, is at a high level because the emissivity is very high. Advantageously, the coating is not heated through for a long time, as would be the case in an oven. As a result, the process can be described as very gentle. Advantageously, in the present case it can be avoided, at least to a large extent, that any reactions which adversely affect the coating material, such as the formation of gaseous hydrogen fluoride (HF), take place. This reacts, for example, with the lithium from the cathode active material to form inactive lithium fluoride (LiF), which reduces the capacity of the active material.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte:
- - Zuführen des Elektrodenmaterials einer Qualitätskontrolle;
- - Zuführen des Elektrodenmaterials einer Aufbereitungsanlage zum Aufbereiten von als defekt erkanntem Elektrodenmaterial.
- - Supplying the electrode material to a quality control;
- - Supplying the electrode material to a processing plant for processing electrode material identified as defective.
Das Verfahren kann beispielsweise als nachgeschalteter Bestandteil einer Qualitätskontrolle beim Aussortieren von NiO-Beschichtungsabschnitten (NiO - nicht in Ordnung) eingesetzt werden. Das Bandmaterial wird aussortiert und direkt in die Separation eingeführt.The method can be used, for example, as a downstream component of quality control when sorting out NiO coating sections (NiO - not OK). The strip material is sorted out and fed directly into the separation.
Zweckmäßigerweise umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Einbringen der Wärme über die ganze Breite der Beschichtung.
- - Introduction of the heat over the entire width of the coating.
Das Trägermaterial bzw. die Trägerfolie wird entlang einer Förderrichtung transportiert. Die vorgenannte Breite der Beschichtung erstreckt sich quer zur vorgenannten Förderrichtung.The carrier material or the carrier foil is transported along a conveying direction. The aforesaid width of the coating extends transversely to the aforesaid conveying direction.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Entlangführen des Trägermaterials an einer Vorrichtung zur Infrarotbestrahlung.
- - Leading the carrier material along a device for infrared radiation.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Trägermaterial unter einer Vorrichtung zur Infrarotbestrahlung hindurchgeführt. Das Hindurchführen oder Entlangführen des Trägermaterials erfolgt zweckmäßigerweise entlang der vorgenannten Förderrichtung. Die Erwärmung erfolgt dabei vorteilhafterweise entlang der Längsrichtung/Förderrichtung des Elektrodenmaterials nur abschnittsweise. In der Folge kann ein schlanker Anlagenaufbau erreicht werden. Da das Verfahren als Durchlaufverfahren ausgebildet ist, können dennoch große Mengen verarbeitet werden. Insbesondere kann das Verfahren auch aufwandsarm in bestehende Produktionsanlagen integriert werden.According to one embodiment, the carrier material is passed under a device for infrared radiation. The carrier material is expediently guided through or along along the aforementioned conveying direction. The heating advantageously takes place only in sections along the longitudinal direction/conveying direction of the electrode material. As a result, a lean system structure can be achieved. Since the process is designed as a continuous process, large quantities can still be processed. In particular, the method can also be integrated into existing production plants with little effort.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Verwenden mechanischer und/oder pneumatischer Verfahren zum Entfernen der gelösten Beschichtung.
- - Using mechanical and/or pneumatic methods to remove the loosened coating.
Um eine vollständige Ablösung bzw. auch Entfernung von an- oder abgelöstem Beschichtungsmaterial zu erreichen, kann mit weiteren alternativen Verfahren, wie beispielsweise pneumatischen und/oder mechanischen Verfahren, gearbeitet werden.In order to achieve complete detachment or removal of partially or detached coating material, other alternative methods, such as pneumatic and/or mechanical methods, can be used.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Bestrahlen des Elektrodenmaterials mit Druckluft zum Entfernen der gelösten Beschichtung.
- - Blast the electrode material with compressed air to remove the dissolved coating.
Bei der Druckluftbestrahlung kann auch mit abrasiven Materialien gearbeitet werden. Gemäß einer Ausführungsform erfolgt auch eine Schneestrahl-Bestrahlung, welche als besonders materialschonendes Verfahren Vorteile mit sich bringt. Abrasive materials can also be used with compressed air blasting. According to one embodiment, snow jet irradiation also takes place, which, as a method that is particularly gentle on the material, has advantages.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Verwenden einer Absaugung zum Sammeln des separierten Beschichtungsmaterials.
- - Using suction to collect the separated coating material.
Eine Sammlung des separierten Beschichtungsmaterials erfolgt beispielsweise in einem geeigneten Auffangbehältnis.The separated coating material is collected, for example, in a suitable collection container.
Zweckmäßigerweise umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Aufbereiten und Wiederverwenden des separierten Beschichtungsmaterials.
- - Processing and reuse of the separated coating material.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Aufbereiten und Weiter- oder Wiederverwenden des Trägermaterials.
- - Processing and further or reuse of the carrier material.
Die Erfindung betrifft auch eine Batterieelektrode, welche Materialien umfasst, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnen wurden. Die Batterieelektrode ist Bestandteil einer elektrischen Energiespeicherzelle, wie beispielsweise einer Lithiumionenzelle. Batterieelektroden bzw. Energiespeicherzellen der in Rede stehenden Art werden beispielsweise für Traktionsbatterien in Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, Krafträdern oder auch Nutzfahrzeugen, verwendet.The invention also relates to a battery electrode comprising materials obtained by the method according to the invention. The battery electrode is part of an electrical energy storage cell, such as a lithium ion cell. Battery electrodes or energy storage cells of the type in question are used, for example, for traction batteries in motor vehicles, in particular passenger cars, motorcycles or commercial vehicles.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform des Verfahrens mit Bezug auf die beigefügte Figur.Further advantages and features result from the following description of an embodiment of the method with reference to the attached figure.
Es zeigt:
-
1 : eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des Verfahrens.
-
1 : a schematic view of an embodiment of the method.
Bezugszeichenlistereference list
- 1010
- Trägermaterialcarrier material
- 2020
- Beschichtung, Beschichtungsmaterialcoating, coating material
- 3030
- Vorrichtung zur InfrarotbestrahlungDevice for infrared radiation
- Ff
- Förderrichtungconveying direction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 69905134 T2 [0002]DE 69905134 T2 [0002]
- DE 102009059423 A1 [0002]DE 102009059423 A1 [0002]
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-
2021
- 2021-12-08 DE DE102021132285.5A patent/DE102021132285A1/en active Pending
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