Batterij Technologie De rol van laboratoriumfabrieken in batterijonderzoek, productie, kwaliteitscontrole en recycling
Van initieel onderzoek tot productie-, kwaliteitsborgings- en recyclingprocessen, Retsch laboratoriummolens zijn cruciaal in elke fase van de waardeketen van de batterijproductie. Kogelmolens zijn instrumenteel in batterijonderzoek en -ontwikkeling en spelen een belangrijke rol in de innovatie van nieuwe batterijmateriaalsystemen.
Giga-fabrieken, recyclingfaciliteiten en testlaboratoria vertrouwen op Retsch molens voor het homogeniseren van batterijcomponenten en batterijmaterialen, en bereiden ze voor op uitgebreide kwaliteitsanalyse. Retsch biedt een reeks oplossingen die bestaan uit initieel breken, fijn Slijpen, monsterverdeling en Deeltjesgrootte Analyse door zeven.
Applications for battery technology
Read how RETSCH’s crushers, mills and sieve shakers are used for pulverization and size analysis of basic materials, components and recycling fractions.
Unlocking the potential: The role of ball mills in battery technology
This paper provides a comprehensive overview of the general use of ball mills and their application in battery technology. It covers the wide range of ball mill applications throughout the battery manufacturing process, from raw materials to recycling. The benefits of using ball mills are illustrated by ten specific application examples taken from research and quality control. Specific information on the details of the grinding process is provided to give an in-depth understanding of ball mill technology.
Deeltjesgroottereductie van batterijmaterialen
De deeltjesgrootte en de Deeltjesgrootte Verdeling van de actieve materialen bepalen in belangrijke mate de totale batterijprestaties, zoals capaciteit, Vermogen , snelheidsvermogen, energiedichtheid, stabiliteit van de levenscyclus en veiligheid. Retsch worden gebruikt voor het verkleinen van de deeltjesgrootte van grondstoffen zoals nikkel, mangaan, kobalt, lithiumhoudend materiaal of grafiet of voor de deagglomeratie van actieve elektrodematerialen.
Particle size reduction of silicon
Particle size reduction of LPS under controlled atmosphere and temperature
Particle size reduction of graphite through wet grinding
Mengen en coaten van accumaterialen
De productie van batterijen omvat een breed scala aan meng- en coatingprocessen. Een verscheidenheid aan apparatuur, zoals roerders en vortexmengers, wordt meestal gebruikt voor het mengen; Kogelmolens kunnen ook geschikt zijn, met name in onderzoeksinstellingen. De continue beweging van monstermateriaal in een kogelmolen, ongeacht het energie-invoerniveau of de aanwezigheid van kogels, leidt tot uitstekende meng- en coatingresultaten.
Mengen
Kogelmolens zijn geschikt voor zowel het nat mengen van drijfmest als het droog mengen van stortgoederen. Een voorbeeld van een droog mengproces is de productie van actieve kathodematerialen, waardoor het nauwkeurig stoichiometrisch mengen van droge ingrediënten noodzakelijk is. Natte mengprocessen, zoals de productie van elektrodeslurry, omvatten onderzoek naar factoren zoals materiaalsamenstelling, mengintensiteiten, temperatuurvariaties, viscositeitsveranderingen en de volgorde van het toevoegen van Chemicaliën aan de drijfmest.
RETSCH mixermolens bieden volledige controle over parameters zoals energie-invoer, tijd en temperatuur. Daarnaast bieden ze een selectie van potmaterialen en -maten, de mogelijkheid om onder inerte omstandigheden te werken en de mogelijkheid om meerdere monsters tegelijk te hanteren.
coaten
Het coatingproces van de kogelmolen is gebaseerd op twee fundamentele principes: het bereiken van een homogeen mengsel van twee materialen en het mechanisch coaten van deeltjes. Dit wordt bereikt door impacteffecten te genereren die de hechting van het coatingmateriaal aan het oppervlak van de deeltjes vergemakkelijken.
Zowel natte als droge coatingmethoden worden gebruikt om de prestaties van batterij-elektroden te verbeteren. In lithium-ionbatterijen kunnen siliciumdeeltjes bijvoorbeeld een polymeercoating krijgen om de cyclusstabiliteit te verbeteren, of LNMO-deeltjes kunnen worden omhuld in een keramische laag om de laadsnelheid te verhogen. In het geval van zink-luchtbatterijen worden anodedeeltjes gecoat met berylliumglas om de oplaadbaarheid te verbeteren.
RETSCH Kogelmolens onderscheiden zich van andere coatingtechnologieën door een eenvoudige, kostenefficiënte en gemakkelijk schaalbare oplossing te bieden.
Synthese van nieuwe batterijmaterialen
Mechanochemical synthesis has become particularly popular in the field of battery technology, where it is used to produce innovative electrolytes, separators or multiphase composites of high purity or to optimize their microstructure. For example, synthesizing novel solid electrolytes through a solvent-free process or improving their performance and stability. Another application is in environmentally-friendly recycling reactions such as the mechanochemical reduction of cathode material for lithium-ion batteries. All types of ball mills are suitable for mechanical synthesis. The chemicals involved are typically air-sensitive and expensive, so batch processing in small-cavity jars - as available for RETSCH Mixer Mills - is advantageous.
Process control with GrindControl
Het bewaken van temperatuur en druk is van cruciaal belang bij de ontwikkeling van batterijmateriaal om optimale omstandigheden te garanderen voor het behoud van de materiaalintegriteit. Deze parameters beïnvloeden de fysische en chemische eigenschappen van de materialen en hebben directe invloed op hun prestaties. Nauwkeurige controle van deze omstandigheden is essentieel om consistente resultaten te bereiken en succesvolle schaalvergroting van productieprocessen mogelijk te maken. Speciale deksels zijn beschikbaar om de temperatuur en druk in het vat te meten.
RAMAN Spectroscopy with Mixer Mills
Mixermolens zijn bijzonder geschikt voor in-situ RAMAN-spectroscopie, waardoor gedetailleerde studie van de mechanochemische reactiekinetiek mogelijk is. De MM 400 is uitgerust met een afneembare bodemplaat die twee openingen heeft waardoor de RAMAN-spectrometer naar de bodem van de transparante PMMA Slijp potten wijst. De molen biedt verwerkingstijden tot 99 uur.
Working under inert atmospheres
The usual process for handling atmosphere-sensitive materials is to fill and open the jars in the glove box. Aeration lids can also be used to control or change the atmosphere in the closed jar. It is also possible to house a complete planetary ball mill in a glove box.
Batterijrecycling op labschaal
1. Shredding
Bij recycling is het versnipperen van complete of gedemonteerde batterijen een van de eerste stappen.Bij onderzoeksprocessen om nieuwe recyclingroutes te ontwikkelen, wordt kleinschalig versnipperd met behulp van RETSCH Doorslijpen.
Cylindrical cells
Pouch cells
Lightweight or heavy fraction
2. Fractionation with sieving machines
Sieving machines like RETSCH's AS 200 series are suitable for the separation of different material fractions, for example black mass, polymeric and metallic parts.
3. Sample preparation of recycling fractions
In both research projects and established large-scale recycling operations, analyzing the chemical composition of recycled material fractions is essential. Due to the inhomogeneous nature of these materials, they require mechanical processing and pulverization into fine powders for accurate analysis. Specifically, polymer fractions must be ground to facilitate microwave digestion and ICP-MS analysis, enabling the quantification of residual metals like lithium, cobalt, nickel, and manganese. Moreover, the market value of the black fraction is influenced by its concentration of valuable metals, such as lithium and cobalt. To ensure reliable sample preparation, RETSCH offers a comprehensive selection of mills suited for both pre-crushing and fine grinding tasks.
Housing parts
SM300
60 mm / <4 mm
Polymeric foil
CryoMill
10 mm / <800 µm
Metal foil
MM 500 control
15 mm / <800 µm
Black mass
MM 400
2 mm / <300 µm
Diverse materiaalfracties van een recyclingproces, voor en na homogenisatie voor latere analyse om zuiverheid en marktwaarde te bepalen.
Monstervoorbereiding van batterijen voor analyse
Typisch vereist de analytische karakterisering van materialen slechts een kleine hoeveelheid, variërend van een paar gram tot milligram. Zonder goede monstervoorbereiding zullen de analyseresultaten geen betekenis hebben. Om betrouwbare resultaten te garanderen, moet het monster echt representatief zijn, wat betekent dat de samenstelling het volledige oorspronkelijke materiaal moet weerspiegelen. Dit vereist grondige mechanische homogenisatie om inhomogeniteiten te elimineren door Slijpen en mengen voorafgaand aan monstername. Bovendien is het cruciaal om te voorkomen dat er tijdens de monstervoorbereiding verontreinigingen in het materiaal worden geïntroduceerd, omdat dit de resultaten kan vervalsen.
Monstervoorbereiding voor röntgentechnieken
- Nikkelgehalte in lateriet ertsen
- Onzuiverheden zoals ijzer in silicium grondstof
- de mate van grafitisatie
- edelmetaalresiduen in de gerecycleerde polymeerfractie
Voor XRF-spectroscopie moeten monsters doorgaans worden gemalen tot deeltjesgroottes <100 μm. Kaakbrekers en monsterverdelers worden gebruikt voor het eerste verbrijzelen, gevolgd door fijn Slijpen in een kogel- of Schijvenmolen. Ten slotte wordt een pellet geperst om een verdicht monster te produceren met een hoge elementconcentratie en een glad oppervlak, waardoor een optimale detectie van röntgenstralen wordt gegarandee.
Sample of manganese oxide before and after the milling process in the PM 100. For XRF analysis the sample is pressed into a pellet.
Voor XRD is een zachter Slijpende methode en nog fijnere deeltjesgrootte nodig om de kristalroosterstructuur van het monster te behouden. De XRD-McCrone Mill is hiervoor bij uitstek geschikt.
Copper ore sample in its original state (left), pre-crushed in a jar crusher (middle) and prepared with XRD-Mill McCrone for the analysis of molecular structure with X-ray diffraction.
Bekijk onze interactieve themaposter met korte video's over monstervoorbereiding voor XRF/XRD.
Retsch producten voor monstervoorbereiding voor XRF analyse
Monstervoorbereiding van batterijmaterialen met metalen componenten
Materiaalanalyse van anoden en kathoden is een fundamenteel element van kwaliteitscontrole en onderzoek. Het begrijpen van de samenstelling, structuur en eigenschappen van deze belangrijke componenten is essentieel voor het optimaliseren van de prestaties, capaciteit en levensduur van de batterij.
In een lithium-ionbatterij bestaat een elektrode uit een coating van actief materiaal (metaaloxide of koolstofgebaseerde verbinding) op een stroomcollector (aluminium of koper). Vanwege de metalen component is de vergruizing van elektroden een uitdaging. Vergelijkbare materiaalmengsels van elektrodepoeder en metalen componenten worden gevonden in recyclingprocessen. Grote monsters kunnen worden verpulverd met behulp van een Snijmolen. Voor fijn Slijpen kan kogelfrezen een optie zijn. Er moet echter aan worden herinnerd dat Kogelmolens metaaldeeltjes niet verpletteren maar de neiging hebben om ze plat te maken. Poeders die metaaldeeltjes bevatten, kunnen echter tot op zekere hoogte worden verpulverd, vooral wanneer cryogeen Slijpen wordt toepas.
Monstervoorbereiding van polymere materialen
Polymeren die in batterijcomponenten worden gebruikt, hebben specifieke eisen voor mechanische en thermische bestendigheid; daarom is analyse van hun chemische samenstelling essentieel om hun beperkingen te begrijpen en de juiste samenstelling te formuleren. Doorslijpen> worden gebruikt voor de eerste verbrijzeling van macroscopische polymeeronderdelen, meestal gevolgd door verpulvering in een kogelmolen. In beide gevallen kan het nodig zijn om het monster in vloeibare stikstof te brozen om effectieve verpulvering te garanderen.
De CryoKit vergemakkelijkt handmatig invriezen vóór het kogelfrezen. Daarnaast biedt Retsch Kogelmolens die zijn uitgerust met een geïntegreerd koelsysteem, zoals de CryoMill> en de Kogeltrilmolen MM500-besturing. Deze laboratoriumkogelmolens zijn specifiek ontworpen voor het Slijpen van elastische materialen onder cryogene omstandigheden. Tijdens dit proces wordt het monster gekoeld tot extreem lage temperaturen, terwijl de molen de Slijpen actief op een consistente temperatuur van -196 °C houdt, waardoor efficiënt en effectief wordt Slijpen.
Polymeermonster voorbereid met CryoKit
Polymeermonster voorbereid met Cryomill
Polymeermonster voorbereid met MM 500 control
3. Sample preparation of recycling fractions
In both research projects and established large-scale recycling operations, analyzing the chemical composition of recycled material fractions is essential. Due to the inhomogeneous nature of these materials, they require mechanical processing and pulverization into fine powders for accurate analysis. Specifically, polymer fractions must be ground to facilitate microwave digestion and ICP-MS analysis, enabling the quantification of residual metals like lithium, cobalt, nickel, and manganese. Moreover, the market value of the black fraction is influenced by its concentration of valuable metals, such as lithium and cobalt. To ensure reliable sample preparation, RETSCH offers a comprehensive selection of mills suited for both pre-crushing and fine grinding tasks.
Housing parts
SM300
60 mm / <4 mm
Polymeric foil
CryoMill
10 mm / <800 µm
Metal foil
MM 500 control
15 mm / <800 µm
Black mass
MM 400
2 mm / <300 µm
Diverse materiaalfracties van een recyclingproces, voor en na homogenisatie voor latere analyse om zuiverheid en marktwaarde te bepalen.
Selectie van de meest geschikte molen
RETSCH-laboratoriummolens zijn een uitstekende keuze voor batterijonderzoekstoepassingen en voor mechanische monstervoorbereiding voorafgaand aan analyse. Het uitgebreide portfolio, inclusief kaakbrekers, rotormolens, snijmolens, mesmolens, kogelmolens, mortelmolens en hulpapparaten, biedt uitzonderlijke veelzijdigheid en gebruiksgemak.
RETSCH-kogelmolens zijn bijvoorbeeld ontworpen om te voldoen aan onderzoeksvereisten. Ze zijn bedienbaar binnen een handschoenenkastje en zorgen voor gecontroleerde atmosferen, met beluchtingsdeksels en een veiligheidssluiting om veilig transport van de maalpotten te garanderen. Om de thermische omstandigheden te beheren, bieden sommige modellen temperatuurregelings een verscheidenheid aan materialen en >br/br />SCH biedt uitgebreid advies over de selectie van de beste sterkte van het proces en de gemodelleerde kogelmolen. Om de beste visuele eigenschappen van de kogelmolen te vergemakkelijken, biedt het hieronder voorbeelden van de fijne PM-grafiek dat het in staat is om de uiteindelijke voordelen van het proces te zien, waardoor het mogelijk is om het maximale vermogen van de molen te controleren en de draaisnelheid te controleren, waarmee de temperatuur kan worden vergeleken.
Laboratorium Kogelmolens met actieve temperatuurregeling
Materiaalverwerking in Kogelmolens genereert vaak hoge temperaturen van meer dan 80 °C, wat het proces negatief kan beïnvloeden bij het werken met temperatuurgevoelige monsters. Koeling of zelfs bevriezing van monstermaterialen kan nodig zijn om de grootte te verkleinen, agglomeratie te voorkomen, de monsterintegriteit te behouden voor latere analyse of om mechanochemische reacties te beheersen. De temperatuurstijging is voornamelijk te wijten aan impact- en wrijvingseffecten binnen de pot en wordt beïnvloed door het ontwerp van de molen en het vermogen om warmte af te voeren. RETSCH houdt rekening met deze factoren door Kogelmolens met actieve temperatuurregelingsopties aan te bieden om lage pottemperaturen te behouden tijdens het Slijpen of om monsters in te vriezen voor brosheid.
EMAX
MM 500 Control
CRYOMILL
De Emax is uitgerust met een geïntegreerd koelsysteem en biedt de functionaliteit om een maximumtemperatuur in te stellen, wat resulteert in automatische koelonderbrekingen tijdens het gebruik.
De MM 500 control koelt de potten tijdens gebruik continu met thermische vloeistoffen zoals water, glycol of vloeibare stikstof. Op deze manier kan een minimumtemperatuur van -100 °C worden bereikt en is het ook mogelijk om de potten te verhitten.
De CryoMill beschikt over een geïntegreerd koelsysteem dat de Slijp pot continu koelt met vloeibare stikstof voor en tijdens het Slijpen voor maximale afkoeling tot -196°C.
VERDER SCIENTIFIC Oplossingen
Trouw aan ons leidende principe ENABLING PROGRESS, kan Verder Scientific u helpen bij de ontwikkeling, productie en recycling van batterijen. Onder onze paraplu combineren we de knowhow van vijf gerenommeerde ontwikkelaars en fabrikanten van wetenschappelijke apparatuur:
CARBOLITE, ELTRA, QATM, RETSCH en MICROTRAC behoren tot de toonaangevende specialisten in hun respectievelijke werkgebieden, namelijk Warmtebehandeling, Elementanalyse, Materialografie & Hardheidstesten, Malen & Zeven en Deeltjeskarakterisering.
Contacteer ons voor een vrijblijvend advies
Onze eigen vestigingen, samen met een breed netwerk van zusterbedrijven en vertegenwoordigingen in meer dan 80 landen garanderen optimale en professionele ondersteuning over producten en toepassingen.
Kies uw land op de kaart, om uw lokale partner te vinden of vul simpelweg onderstaand contactformulier in.
Batterij Technologie - FAQ
What is the role of RETSCH laboratory mills in battery research and production?
RETSCH laboratory mills are crucial at every stage of the battery production value chain, from initial research through to manufacturing, quality assurance, and recycling processes. Especially ball mills play a significant role in the innovation of new battery material systems.
Are RETSCH mills suitable for grinding battery materials?
Yes, RETSCH mills are highly suitable for grinding battery materials, especially given the advanced options they offer for working under inert atmospheres, temperature control and cryogenic conditions. They are used for particle size reduction in mechanical synthesis, mixing processes and sample preparation. RETSCH's comprehensive range of mills is also employed in battery recycling through small-scale shredding or sample preparation for analysis. These capabilities make RETSCH mills highly adaptable and effective for the specific requirements of battery material processing.
How are RETSCH mills employed in battery recycling on a lab scale?
For battery recycling, RETSCH offers solutions that include shredding complete or disassembled batteries, fractionation with sieving machines, and sample preparation of recycling fractions for chemical analysis.
How do RETSCH laboratory mills contribute to battery research and materials science?
RETSCH offers laboratory mills and sieving machines designed for the development, analysis, and recycling of battery materials. Our equipment facilitates mechanochemical synthesis, precise particle size reduction, and effective mixing and coating processes. Features like inert atmosphere capability, temperature control options, and process monitoring with GrindControl cater to the specific needs of battery technology research. Additionally, RETSCH provides expert consultation and access to application laboratories, helping researchers select the right tools for their studies.
Toepassingsrapporten
Customized silicon particle sizes for li-ion batteries
Silicon is gaining increasing importance as an anode material for Li ion batteries. Its exceptionally high specific capacity of about 3,600 mAh/g allows it to store roughly ten times more lithium ions than conventional graphite. This potential makes silicon a key material for anodes or as an additive in carbon–silicon composite anodes. A crucial factor for the performance of Li ion batteries is the particle size of the silicon: it significantly influences the electrochemical behavior, cycle stability, and service life of the anode. For battery applications, silicon particles are therefore specifically adjusted to sizes ranging from a few micrometers down to the sub micrometer and nanometer scale.
From Graphite Powder to Graphite Power
Graphite plays a vital role as an electrode material in batteries, fuel cells, capacitors, and numerous industrial applications such as lubricants, conductive coatings, and composites. In battery technology, graphite particle size is a key determinant of battery capacity, cycle life, rate capability, and overall performance. Optimizing particle size and distribution is therefore critical for battery design and manufacturing. This joint report combines the expertise of Retsch, Microtrac, and Sugino to provide a comprehensive overview of graphite grinding, dispersion, and particle size analysis - supporting a deeper understanding of the entire process chain from milling and dispersion to analytical evaluation.
How Cyclone Separators Redefine Efficiency and Cleanliness in the Lab
Cyclone separators deliver substantial benefits when used with mills in laboratory settings. While cutting mills or rotor mills are already frequently operated with a cyclone, also jaw crushers and disc mills benefit greatly from this setup. By using a cyclone, it is even possible to combine two mills directly: for example, a two-stage grinding process with a jaw crusher and a disc mill can be completed in a single step.
Unlocking the potential: The role of ball mills in battery technology
This paper provides a comprehensive overview of the general use of ball mills and their application in battery technology. It covers the wide range of ball mill applications throughout the battery manufacturing process, from raw materials to recycling. The benefits of using ball mills are illustrated by ten specific application examples taken from research and quality control. Specific information on the details of the grinding process is provided to give an in-depth understanding of ball mill technology.
Mechanochemische Aktivierung von Ruß
Orion ist ein weltweit führender Hersteller von Industrierußen (Carbon Black), die in zahlreichen Anwendungen eingesetzt werden. Ein bedeutendes Einsatzgebiet ist die Verwendung als Additiv in Lithium-Ionen-Batterien, um die elektrische Leitfähigkeit und Batterieleistung zu verbessern sowie die Lebensdauer zu verlängern. Um diese Anwendung im Detail untersuchen und Ruße gezielt für ihre Applikation optimieren zu können, hat Orion ein eigenes Batterielabor im Unternehmen aufgebaut.
Modernes Batterierecycling
Die Rückgewinnung wertvoller Rohstoffe ist in Zeiten steigender Nachfrage und knapper Ressourcen wichtiger denn je. Im Zuge des Ausbaus der Elektromobilität werden künftig große Mengen alter Autobatterien auf eine sinnvolle Verwendung warten. Lesen Sie, wie moderne Aufbereitungsund Analysentechniken dabei helfen können, das Batterierecycling zukunftssicher zu gestalten.