Produktion von Lithium-Ionen-Batterien Vom Aktivmaterial zum Batteriesystem und zurück

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Main research areas 15 th March 2017 J. Diekmann and M. Wagner Slide 3

Cell conditioning Cell producktion Electrode production Process Chain Material Material Conditioning Coating and Drying Calandering Cutting Packaging Contacting Cell Assembly Electrolyte Filling Formation and Aging Electrochemical QS Battery Cells 15 th March 2017 J. Diekmann and M. Wagner Slide 4

Material/particle conditioning and slurry processing Educts: Active material Binder Conductive additive Solvent Products: Slurry 15 th March 2017 J. Diekmann and M. Wagner Slide 5

Electrode coating and drying Educts: Slurry Aluminum or copper foil Products: Electrode coils 15 th March 2017 J. Diekmann and M. Wagner Slide 6

Calandering Educts: Electrode coils with low density Products: Electrode coils with higher density 15 th March 2017 J. Diekmann and M. Wagner Slide 7

Electrode cutting Educts: Electrode coils Products: Electrode sheets 15 th March 2017 J. Diekmann and M. Wagner Slide 8

Assembly and Electrolyte Filling Educts: Elektrode sheets, separator coils, pouch foil Electrolyte Products: Battery cells 15 th March 2017 J. Diekmann and M. Wagner Slide 9

Formation and Aging Educts: Battery cells Products: Formatted battery cells 15 th March 2017 J. Diekmann and M. Wagner Slide 10

Cell conditioning Cell producktion Electrode production Process Chain Material Material Conditioning Coating and Drying Calandering Cutting Packaging Contacting Cell Assembly Electrolyte Filling Formation and Aging Electrochemical QS Battery Cells 15 th March 2017 J. Diekmann and M. Wagner Slide 11

Recycling 3.8% Electronics 2.7% Volatile Components 8.3% 18,0% 5.8% Electrolyte, Separator, Others Cell Housing Battery System Graphite 8.2% Anode Cathode Module Cables 2.3% Alumimium 5.3% Copper 9.2% Oxygen 4.8% Mn 2.8% Co Ni Li 1.0% 5.5% 1.5% 3.3% 15 th March 2017 J. Diekmann and M. Wagner Slide 12 Source: Diekmann, J., Hanisch, C., Froböse, L., Schälicke, G., Loellhoeffel, T., Fölster, A.-S., & Kwade, A.;Journal of The Electrochemical Society, 164(1), A6184-A6191. doi: 10.1149/2.0271701jes

Process Chain Sieving Drying Crushing Disassembly Separation Discharge Discharge Disassembly Crushing Drying Separation Sieving 15 th March 2017 J. Diekmann and M. Wagner Slide 13

Disassembly Disassembly to modules Volatile Components 8.3% 3.8% Electronics 2.7% 18,0% Protection of disassembler 5.8% Electrolyte, Separator, Others Cell Housing Battery System Manual or partly automatic Graphite 8.2% Anode Cathode Module Cables 2.3% Alumimium 5.3% Recovery of system periphery Copper 9.2% Oxygen 4.8% Mn 2.8% Co Ni Li 1.0% 5.5% 1.5% 3.3% 15 th March 2017 J. Diekmann and M. Wagner Slide 14 Source: Diekmann, J., Hanisch, C., Froböse, L., Schälicke, G., Loellhoeffel, T., Fölster, A.-S., & Kwade, A.;Journal of The Electrochemical Society, 164(1), A6184-A6191. doi: 10.1149/2.0271701jes

Electrolyte Extraction Removal of carbonates Thermal/ Vacuum Solid-Liquid-Extraction Volatile Components 8.3% 5.8% 3.8% Electrolyte, Separator, Others Cell Housing Electronics 2.7% Battery System 18,0% Decomposition of the conducting salt Graphite 8.2% Anode Cathode Module Cables 2.3% Alumimium 5.3% No inert atmosphere for following process steps necessary Copper 9.2% Oxygen 4.8% Mn 2.8% Co Ni Li 1.0% 5.5% 1.5% 3.3% 15 th March 2017 J. Diekmann and M. Wagner Slide 15 Source: Diekmann, J., Hanisch, C., Froböse, L., Schälicke, G., Loellhoeffel, T., Fölster, A.-S., & Kwade, A.;Journal of The Electrochemical Society, 164(1), A6184-A6191. doi: 10.1149/2.0271701jes

Separation 1 st Air-Classification 2 nd Air-Classification 3.8% Electronics 2.7% 3.8% Electronics 2.7% Volatile Components 8.3% 18,0% Volatile Components 8.3% 18,0% 5.8% Electrolyte, Separator, Others Cell Housing Battery System 5.8% Electrolyte, Separator, Others Cell Housing Battery System Graphite 8.2% Copper 9.2% Anode Cathode Oxygen 4.8% Mn 2.8% Co Module Ni Li 1.0% 5.5% 1.5% 3.3% Cables 2.3% Alumimium 5.3% Graphite 8.2% Copper 9.2% Anode Oxygen 4.8% Mn 2.8% Cathode Co Module 1.5% 3.3% Ni Li 5.5% 1.0% Cables 2.3% Alumimium 5.3% 15 th March 2017 J. Diekmann and M. Wagner Slide 16 Source: Diekmann, J., Hanisch, C., Froböse, L., Schälicke, G., Loellhoeffel, T., Fölster, A.-S., & Kwade, A.;Journal of The Electrochemical Society, 164(1), A6184-A6191. doi: 10.1149/2.0271701jes

Products Discharge Disassembly Crushing Drying Separation Sieving : 88.1 % Electronics: 3.9 % Al: 1.5 % : 0.6 % Cables: 5.9 % Al: 74.3 % : 13.8 % : 4.0 % Copper: 5.0 % Inclusions:2.9 % Al-Foil: 16.6 % Cu-Foil: 29.8 % Separator: 2.9 % : 5.9 % Black Mass: 12.3 % Separator: 97.8 % Al-Foil: 1.6 % : 0.6 % Black Mass: 97,6 % Cu: 1.8 % Al: 0.6 % Fe: 0.1 % 15 th March 2017 J. Diekmann and M. Wagner Slide 17 Source: Diekmann, J., Hanisch, C., Froböse, L., Schälicke, G., Loellhoeffel, T., Fölster, A.-S., & Kwade, A.;Journal of The Electrochemical Society, 164(1), A6184-A6191. doi: 10.1149/2.0271701jes

Acknowledgements