Battery Materials
Battery Materials Alles für die Herstellung von Kathodenaktivmaterial Kosteneffizient, höchster Durchsatz und
hervorragende Qualität

Komplette Bandbreite von Systemen für Kathodenaktivmaterial (CAM) in der LiB-Industrie

ONEJOON bietet die gesamte Palette an thermischen Systemen, Pulverhandlingsystemen und Prozessausrüstung für die Herstellung von Kathodenaktivmaterial

  • Rollenherdöfen
  • Schubplattenöfen
  • Drehrohröfen für pCAM und Nachbehandlung
  • Rückfördersystem und Automatisierung
  • Saggar-Handling-Systeme
  • Prozessausrüstung
  • R&D / CFD-Simulation / Test-Center

Entwicklung –

Von den ersten Tests bis zum Produktionsofen

Seit 2008 arbeiten wir kontinuierlich an der Weiterentwicklung und Verbesserung der Öfen und des Produktionsprozesses zur Herstellung von Kathodenaktivmaterial.

Pk Timeline Onejoon 02
Prozess

Der Kalzinierungsprozess

Kathodenaktivmaterial (CAM)

Die positive Elektrode in der Batterie wird oft als "Kathode" bezeichnet. In den herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien wird Lithium-Kobalt-Oxid als Kathode verwendet. In den letzten Jahren sind jedoch viele alternative Materialsysteme entwickelt und eingesetzt worden.

In den meisten Fällen sind Lithium und Sauerstoff jedoch immer noch ein wesentlicher Bestandteil des Systems. Lediglich das metallische Element Kobalt wird oft ganz oder nur teilweise durch andere metallische Elemente wie Nickel und Mangan ersetzt. Aus diesem Grund können die meisten Lithium-Ionen-Batterien als so genannte Lithium-Metalloxid-Kathode bezeichnet werden.

Lithium-Metalloxide werden als feste Pulver hergestellt. Mikrostruktur, Morphologie, Teilchengrösse sowie Grad und Art einer möglichen Verunreinigung im Pulver spielen eine entscheidende Rolle bei der Auswahl des Pulvers als geeignetes Material für den Einsatz als Kathode in einer Lithium-Ionen-Batterie (LiB). Diese beeinflussen die elektrochemischen Eigenschaften der Batterie, die später daraus hergestellt wird. Insbesondere die Energiedichte, die z.B. für die Reichweite von Elektrofahrzeugen von großer Bedeutung ist, wird durch die oben genannten mikrostrukturellen Parameter beeinflusst.

Die Mikrostruktur der Kathode muss daher genau eingestellt werden. Dies kann zum einen durch die richtige Wahl der Rohstoffe und zum anderen durch einen kontrollierten Herstellungsprozess von Kathodenpulvern erreicht werden. Wie der Begriff schon sagt, ist ein Lithium-Metalloxid ein Mischkristall aus Lithiumoxid und Oxiden anderer Metalle. Diese Mischkristalle werden durch thermische Behandlung einer Mischung der einzelnen Oxide bei hohen Temperaturen gebildet; typischerweise zwischen 800-1000 °C unter bestimmten atmosphärischen Bedingungen. Die einzelnen Oxide wiederum werden durch die Zugabe verschiedener Rohstoffe zu der Mischung bereitgestellt. Die Ausgangsrohstoffe sind oft Hydroxide oder Karbonate von Lithium und den anderen jeweiligen metallischen Elementen.

Bei der Wärmebehandlung dieser Ausgangsstoffe wird Wasser (H2O) oder Kohlendioxid (CO2) bei Temperaturen von 600-800 °C freigesetzt; die restlichen Oxide nehmen später durch weitere Behandlungen in einem Mischkristall teil.

Grundsätzlich werden im Herstellungsprozess der Kathode im ersten Schritt aus den jeweiligen Hydroxiden oder Carbonaten derselben Elemente verschiedene Oxide extrahiert und dann in einem zweiten Schritt aus diesen Oxiden der gewünschte Mischkristall hergestellt.

Der erste Schritt, bei dem zwei Feststoffe miteinander zu einem dritten Feststoff reagieren und Gase freigesetzt werden, wird als Kalzinierung bezeichnet. Der zweite Schritt wird als Sintern oder Feststoffdiffusion bezeichnet. Die Kalzinierung erfolgt nahezu zeitunabhängig, sobald die für den Beginn der Reaktion erforderlichen Temperaturen und Ausgangsstoffe zur Verfügung stehen. Folglich erfolgen die ersten Schritte der thermischen Behandlung bei der Herstellung der Kathode relativ schnell. Dagegen sind die Diffusionsvorgänge zur Bildung der Mischkristalle sehr zeitabhängig und dauern wesentlich länger. Bei einigen Herstellern werden die beiden Schritte nacheinander in einem Prozess durchgeführt, bei anderen hingegen werden die Kalzinierungsprodukte zunächst abgekühlt und später in einem separaten thermischen Prozess gesintert.

Anlagentechnik

Ofensysteme, Pulverhandlingsysteme und Prozessausrüstung für die Herstellung von Kathodenaktivmaterial

Rollenherdofen

für Kathodenaktivmaterial (LiB)

Ein Schlüsselprodukt ist der elektrisch beheizte, gasdichte Rollenherdofen mit pneumatischen Schleusensystemen und einer indirekten Kühlzone, um unter Sauerstoffatmosphäre betrieben werden zu können. Er dient zur Herstellung von kathodenaktivem Material (CAM) mit höherem Nickelgehalt wie NCM622, NCM811 und NCA, welches in EV-Lithium-Ionen-Batterien verwendet wird.

Wir verfügen über eine große Anzahl von Referenzen in Korea und China für diese Art von Produkten und Prozessen, die sowohl Lithium auf Hydroxid- als auch auf Karbonatbasis verwenden.

 

Referenzofen Cathodenaktivpulver Kalzinieren 640x360 ONEJOON Rollenherdofen für Kathodenaktivmaterial (CAM)

Schubplattenöfen für CAM (LiB) -

kosteneffizient, höchster Durchsatz und hervorragende Qualität

Die Lithium-Ionen-Batterie ist der zentrale Erfolgsfaktor der Elektromobilität. Ingenieure sind sich der Bedeutung des Kathoden-Aktivmaterials bewusst, denn seine Energiedichte bestimmt die Fahrstrecke eines Fahrzeugs. Der Kalzinierungsprozess ist entscheidend für die Qualität und den Preis des Kathodenpulvers.

Die intelligente Verbesserung der Kathodenpulverproduktion ist das erklärte Ziel der Ofen-, Material- und Prozessingenieure der koreanischen und deutschen Firma ONEJOON. Die von ONEJOON entwickelte nächste Ofengeneration, der PK CAM 4x7 - ein Schubplattenofen - wird eine erhebliche Verbesserung der Prozessführung und damit der Energiedichte ermöglichen. Eine deutlich gesteigerte Produktkapazität in Verbindung mit einer kürzeren Ofenzeit wird die Kosten für die Produktion von Kathodenaktivmaterial erheblich reduzieren. Als schlüsselfertiger Systemlieferant für nahezu den gesamten Prozess der Pulverherstellung ist es für ONEJOON selbstverständlich, die gesamte Wertschöpfungskette ganzheitlich zu betrachten. Mit dem PK CAM geht ONEJOON einen großen Schritt in Richtung Effizienzsteigerung der Batterieproduktion und setzt sich damit klar für die Dekarbonisierung der Mobilität der Zukunft ein. ONEJOON ist einer der weltweit führenden Partner im Ofenbau. Als koreanisch-deutsches Unternehmen sind Qualität und Innovation unsere Verpflichtung gegenüber unseren Kunden.

Schubplattenofen 02 890x480 ONEJOON Schubplattenofen für CAM (LiB)

Das weltweit starke Wachstum der Mobilität mit Elektrofahrzeugen erfordert enorme Kapazitäten von Lithium-Ionen-Batterien. Gleichzeitig sind Automobilhersteller und Zulieferer zu weiteren extremen Kostensenkungen gezwungen. Mit der nächsten Generation von Batterie-Schiebeöfen öffnet ONEJOON die Tür in die Zukunft der Kathodenproduktion: mit deutlich erhöhtem Durchsatz, erheblich reduzierten Herstellungskosten und einem minimalen Einsatz von Spezialgasen.

Die Experten von ONEJOON setzen dabei auf eine bewährte, zuverlässige Technologie: den Batterie-Schiebeofen, der gegenüber den heute üblichen Rollenöfen klare Vorteile aufweist.

"Die Produktionskapazität gängiger Rollenöfen für die Kathodenproduktion ist auf etwa 1,5 kT pro Jahr begrenzt; eine Erweiterung der Ofensysteme und damit der Produktionskapazität ist nicht möglich, ohne Qualitätsverluste zu riskieren", erklärt Dr. Arian Esfehanian, Experte für CAM-Ofensysteme bei ONEJOON. "Im Gegensatz dazu ermöglicht der ONEJOON-Batterie-Schubplattenofen die drei- bis vierfache Produktionskapazität bei identischer Flächennutzung."
Dr. Arian Esfehanian, Expert for CAM kiln systems at ONEJOON

Batterie-Schubplattenöfen für höchste Effizienz in der Batteriekathodenproduktion

Neben den Kosten und der Produktionskapazität auf kleinstem Raum ist auch die Produktqualität einer der Erfolgsfaktoren für Kathodenpulverhersteller.

Denn bei gleichem Preis bevorzugen Batteriehersteller natürlich Materialien mit z.B. höherer Energiedichte. Dies lässt sich durch die bestmögliche Ausnutzung der thermodynamischen Einflüsse auf die Kalzinierungs- und Sinterprozesse erreichen.

Im ONEJOON Batterie-Schubplattenofen können die Prozesse bei den notwendigen Temperaturen von bis zu 800 °C durch eine optimale, permanente Wärmezufuhr, eine zuverlässige Abgasabfuhr im Kalzinierungsprozess und eine bemerkenswerte Temperaturhomogenität im Sinterprozess deutlich optimiert werden.

In all diesen Aspekten bietet der Batterie-Schubplattenofen klare konzeptionelle Vorteile. Während beim Rollenofen Wärme nur von oben und unten zugeführt werden kann, wird bei der ONEJOON-Lösung Wärme auch vertikal von den Seiten zugeführt.

In Kombination mit der Schubfördertechnik können wesentlich höhere und schwerere Aufbauten und Produktträger (Saggars) durch den Ofen geführt werden und es kann deutlich mehr Kathodenmaterial produziert werden. Das Produkt wird in jedem Saggar homogen mit nur minimalen Temperaturabweichungen (+/- 2 °C) aufgeheizt, die Kalzinierungsreaktionen starten ohne Zeitverzögerung. Der Anlagenbetreiber profitiert von einer extrem homogenen Wärmebehandlung mit sehr hohem Durchsatz und bester Produktqualität.

Weitere Vorteile sind Einsparungen bei Prozessgasen, Energie und Stellfläche. In konventionellen Wärmebehandlungsanlagen werden große Mengen an Spezialgasen wie Sauerstoff verbraucht, obwohl aus chemischer Sicht nur ein kleiner Teil davon wirklich benötigt wird. Durch Innovation und effektive Nutzung der Gase sind mit dem ONEJOON Batterie-Schubplattenofen Gaseinsparungen von bis zu 27 Prozent und Energieeinsparungen von bis zu 25 Prozent möglich. Die vertikale Bauweise mit höheren Aufbauten ermöglicht die optimale Ausnutzung jedes Quadratmeters Grundfläche.

Schubplattenofen 01 890x480 ONEJOON Schubplattenofen für CAM (LiB)

Drehrohröfen

für pCAM und Nachbehandlung

Unser Team von Ingenieuren in Deutschland verfügt über profunde Fachkenntnisse in der Konstruktion, Herstellung und dem Betrieb von Drehrohröfen. Mit einer nachgewiesenen Erfolgsgeschichte in mittleren und großen Drehrohröfen sind wir gerne bereit, alle Anwendungen des Drehrohrofens in der Batteriematerialherstellung zu diskutieren, von der Niedertemperaturtrocknung oder Kalzinierung bis hin zur Hochtemperaturgraphitierung. Da wir die Möglichkeit haben, Versuche mit einem Versuchsdrehrohrofen in unserem Test-Center in Bovenden, Deutschland, durchzuführen, möchten wir Sie motivieren und laden Sie ein, mit uns Kontakt aufzunehmen, um die Diskussion über den Einsatz dieser Art von Anwendung für Ihren Prozess zu beginnen.

Drehrohrofen Grafik Onejoon 890x480 ONEJOON Drehrohrofen für pCAM und Glühen

Rückfördersystem und Automatisierung

für CAM (LiB)

Der Kalzinierungsprozess von kathodenaktivem Material (CAM) wird in pulverförmiger Form durchgeführt. Die Materialmischung aus NCM- oder NCA-Vorabscheider und Lithiumpulverquelle (Hydroxid oder Karbonat) wird normalerweise in einen prismatischen Keramikbehälter gefüllt, der schließlich das Transportmittel des Pulvers durch den Ofen ist. Im Rollenherdofen erfolgt der Transport durch angetriebene Keramikrollen, im Schubofen durch eine Schubmaschine, die die Schubplatten mit den Saggarstapeln auf einer Keramikbahn durch den Ofen schiebt.

Nachdem die Chargenbehälter den Ofen verlassen haben, werden sie durch Abkippen des Materials entleert und zur Füllstation zurückgeführt, um für den nächsten Füll- und Brennvorgang verwendet zu werden. erfolgt durch das automatische Rücklauffördersystem.

Normalerweise gibt es für jeden Ofen ein Rücklauffördersystem. Es ist aber auch möglich, ein erweitertes Rücklauffördersystem für zwei oder mehr Öfen zu verwenden. Sogar kombinierte Rücklauffördersysteme für verschiedene Ofensysteme oder ein Förderer- und Saggar-Handling-System mit zentralem Befüllsystem und Entleerungssystem für alle Öfen des Produktionsbereichs sind möglich.

Der Transport der Chargenbehälter erfolgt über angetriebene Edelstahlwellen mit Keramikringen. Das Rücktransportsystem ist von einem Gehäuse umschlossen, um die frischen kalzinierten Produkte durch eine spezielle kohlenstofffreie und/oder entfeuchtete Luft-, Sauerstoff/Luft-Mischung oder reine Sauerstoffatmosphäre schützen zu können. Das Gehäuse wird auch als Schutz verwendet, um zu verhindern, dass größere Mengen CAM-Pulver in die Produktionshalle gelangen. Der Bereich des Rücklaufförderers direkt hinter dem Ofenauslauf wird auch als Erweiterung der Kühlzone genutzt.

Saggar-Handling-Systeme (SHS)

für CAM (LiB)

Das Saggar-Handling-System (SHS) oder Pulver-Handling-System ist in das Rücklauffördersystem integriert. Es besteht im Allgemeinen aus folgenden Systemen und Einheiten:

  • Befüllung mit Wiegen und Pulver-Nivellierung
  • Stapeln und Entstapeln von Chargenbehältern
  • Anheben, Auskippen und Abstürzen von Pulver
  • Inspektion, Reinigung, Entleerung von Saggars

Die Konfiguration und Konstruktion des Saggar-Handling-Systems und die Position der Systeme und Einheiten innerhalb des Rücktransportsystems ist individuell und kundenspezifisch, die gemeinsam mit dem Kunden in der Engineering-Phase festgelegt werden.

Onejoon Saggar Weiss Freigestellt 20200805 150208
Onejoon Saggar Grau Freigestellt 20200805 145953
Verschiedene Warenträger / Sagger / Trays

Verfahrenstechnik & Equipment für CAM

Es ist unsere große Stärke, dass wir in der Lage sind, die gesamte CAM-Pulverprozesslinie vom Mischen der Rohstoffe bis zum Verpacken in Big Bags neben unserem Kerngeschäft, der Herstellung von Öfen mit Rücklauffördersystemen und Saggar-Handling bzw. Pulver-Handling-Systemen, zu entwickeln, zu konstruieren und herzustellen. 
Diese Fähigkeit ist einzigartig für einen Hersteller von Batterieöfen und gewährleistet die optimale Integration des Ofensystems in die gesamte Pulverprozesslinie. 

Mehr als 50 % unserer Mitarbeiter sind hoch ausgebildete und erfahrene Ingenieure und Experten. Die meisten von ihnen sind seit mehr als 10 Jahren für unser Unternehmen tätig.

Wir verfügen über verschiedene Referenzen für die Konstruktion, Fertigung und Installation ganzer ein- und zweibrennender CAM-Pulver-Produktionslinien vom Typ NCM622 und NCM811 in Korea und China sowie über eine Referenz für die grundlegende Konstruktion und das konzeptionelle Design einer kompletten NCM622-Linie in Europa.

Reference Process Equipment Onejoon
Ncm622 Two Firing Powder Process Line 890x480
Beispiel für Geräte, Maschinen und Systeme für eine NCM622 Zwei-Feuer-Pulver-Prozesslinie

R&D / CFD-Simulation / Test-Center

Über Jahrzehnte hinweg sind wir bekannt für unsere Stärke, neue Verfahren und Ofensysteme zu entwickeln, um neue Produktanforderungen unserer Kunden zu erfüllen. Diese Stärke basiert hauptsächlich auf dem Wissen und der Erfahrung unserer Verfahrens- und Ofensystemexperten, der F&E-Abteilung und der Mitarbeiter des Test-Centers in Deutschland. Diese Aktivitäten werden durch unser Produktmanagementteam unterstützt, das CFD-Simulationen durchführt und Testprogramme durchführt. 

In unserem Test-Center verfügen wir über verschiedene Chargen- oder Durchlauföfen, die in Design und Funktionalität modifiziert werden können, um die erforderlichen Prozessbedingungen und Anforderungen zu erfüllen.

Leistungen

Unsere Leistungen

Beratung, Service, Ofenbau und vieles mehr.
Weil jeder Kunde spezielle Anforderungen hat.

Gemeinsam mit Ihnen erarbeiten wir die optimale Lösung für Ihre Aufgabe.

  • CFD-Simulationen und Versuche in unserem Test Center
  • Engineering
  • Festlegen des Lieferumfangs
  • Auslegung der Anlagengröße auf Basis Ihrer Spezifikationen
  • Konfiguration der Anlage aus standardisierten Komponenten,
    Ihre speziellen Anforderungen jenseits unserer Standards setzen wir gerne um
  • Vorstellen des Anlagenkonzepts
  • Erstellen des Angebots
  • Design, Herstellung und Test der Anlage in unserem Werk
  • Versand, Montage, Inbetriebnahme und Abnahme der Anlage an Ihrem Standort weltweit
  • Erstellen der Anlagendokumentation und der CE-Konformitätserklärung
  • Produktionsbegleitung
  • Serviceleistungen: Anlagenwartung, Ersatzteile, Reparaturen, Messungen
  • Netzwerk zu angrenzenden Prozessen

Wir freuen uns auf Ihre Anfrage, kontaktieren Sie uns noch heute!

Leistungen 02 640x560
Referenzen

Unsere Referenzen

Zufriedene Kunden durch erfolgreiche und langjährige Partnerschaften

Unsere Referenzliste zeigt die Zuverlässigkeit und Produktionssicherheit der Systeme für die Kathodenaktivmaterial-Herstellung von ONEJOON.

Einige Referenzen für XXX
Referenz 1XXX
Referenz 2XXX
Referenz 3XXX
Referenz 4XXX
Referenz 5XXX

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Wir freuen uns auf Ihren Anruf!

Sie möchten mehr über uns, unsere Produkte und Ihre Möglichkeiten erfahren?
Wir zeigen Ihnen gern in einem persönlichen Termin, was wir für Sie tun können.

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Markus Lehmann Senior Key Account Manager Battery Materials +49 151 26 19 53 42 markus.lehmann@onejoon.de Vernetzen Sie sich mit mir auf LinkedIn
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Serviceleistungen

Unser Serviceportfolio
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Wärmebehandlungsanlagen Mehr als 120 Jahre Erfahrung im Industrieofenbau
Markus Lehmann Senior Key Account Manager Battery Materials +49 151 26 19 53 42 markus.lehmann@onejoon.de
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