Im Zuge der Entwicklung der Lithium-Ionen-Batteriefertigung hin zu einer schnellen, kontinuierlichen Produktion ist die Entgasung ein unverzichtbarer Prozessschritt vor der Beschichtung. Ihre Wirksamkeit beeinflusst unmittelbar die Stabilität der Materialzufuhr, die Beschichtungsqualität und die Effizienz der Fertigungslinie. Mit der zunehmenden Vielfalt an Slurry-Systemen werden auch die Anforderungen an den Entgasungsprozess immer komplexer.

Nach der Vakuumentgasung in der Slurry-Herstellung kann der Slurry beim Transport erneut Gas bilden. Die herkömmliche chargenweise Entgasung weist hier systembedingte Schwächen auf. Zudem sind die bestehenden Verfahren zur Blasenentfernung deutlich eingeschränkt und lassen sich nur schwer auf neue Slurry-Systeme wie Silizium-Kohlenstoff-Anoden übertragen. Eine effiziente, kontinuierliche Entgasung entwickelt sich daher zu einer zentralen Stoßrichtung bei der gemeinsamen Optimierung von Anlagen und Prozessen.

Konkret dauert ein einzelner Entgasungsvorgang bei der herkömmlichen chargenweisen Entgasung etwa 30 bis 90 Minuten. Das senkt die Gesamtanlageneffektivität (OEE) und wird dem Takt einer kontinuierlichen, hocheffizienten Produktion nicht gerecht. Außerdem kann die chargenweise Entgasung nicht auf anhaltende Gasbildung reagieren: In wasserbasierten Slurrys für Silizium-Kohlenstoff-Anoden reagiert elementares Silizium mit Wasser, sodass bei längeren Stillständen fortlaufend neue Blasen entstehen. Dies beeinträchtigt wiederum die Stabilität der nachfolgenden Beschichtung.

Als Antwort auf diese Probleme hat MANST eine Lösung für die Inline-Entgasung entwickelt. Sie beschränkt sich nicht darauf, die Effizienz eines einzelnen Entgasungsvorgangs zu steigern, sondern verlagert die Entgasung direkt an den Beginn der Beschichtung: Zwischen Fertigtank und Pufferbehälter wird eine zusätzliche Entgasungseinheit installiert, die eine kontinuierliche Entgasung im laufenden Prozess ermöglicht.

Vakuum-Dünnschicht-Entgasungsanlage

Die Vakuum-Dünnschicht-Entgasungsanlage arbeitet nach einem mehrstufigen Entgasungsprinzip aus „Gasabscheidung durch Vakuum-Unterdruck + Filmbildung durch Zentrifugalkraft + Zerplatzen durch Prall“. Der Slurry bildet im Vakuum einen dünnen Flüssigkeitsfilm, wodurch die Kontaktfläche zwischen Gas und Flüssigkeit deutlich zunimmt. So werden die Blasen Stufe für Stufe aufgebrochen und abgeführt.

a) Die Anlage arbeitet unter Vakuum und erreicht ein Endvakuum von bis zu -0,098 MPa (Relativdruck). Das liefert ausreichend Unterdruck als treibende Kraft, damit sich die Blasen ausdehnen und entweichen können.

b) Anschließend rotiert die Entgasungsscheibe mit hoher Drehzahl und schleudert den Slurry zu einem Film mit einer Dicke von höchstens 1 mm aus. In dieser dünnen Schicht liegen die Blasen schnell frei und platzen.

c) Danach tritt der Slurry durch die Öffnungen am Außenrand der Entgasungsscheibe. Dabei zerkleinert der Lochentgasungsmechanismus große Blasen.

d) Nach der Lochentgasung prallt der Slurry mit hoher Geschwindigkeit auf die Tankwand. Bei dieser Prallentgasung werden die Blasen durch den Aufprall zerschlagen und abgeführt.

e) Beim Herabfließen an der Tankwand bildet der Slurry erneut einen dünnen Film. Diese zweite Dünnschichtentgasung entfernt die verbliebenen Mikroblasen.

Die Vakuum-Dünnschicht-Entgasungsanlage von MANST benötigt wenig Stellfläche und ist hochgradig automatisiert. Der Durchsatz deckt 0–25 L/min ab, und die Anlage läuft stabil bei einer Beschichtungsbreite von 1,4 m und einer Beschichtungsgeschwindigkeit von 90 m/min. Vom Labor bis zur Serienfertigung lässt sich die Anlage flexibel nach dem benötigten Durchsatz auswählen, sodass die Entgasungsleistung nahtlos skaliert werden kann.

Bislang hat MANST bei mehreren Kunden die Prozessanpassung abgeschlossen und Prototypen geliefert. Die Kunden haben die Ergebnisse im Praxiseinsatz positiv bewertet. Parallel dazu steht MANST im intensiven fachlichen Austausch mit führenden Herstellern, um Prozess und Anlagenlösung entlang der praktischen Anforderungen weiter zu optimieren und die Ergebnisse auf weitere Anwendungsfelder zu übertragen.

Von der chargenweisen zur kontinuierlichen Inline-Entgasung, von der Behandlung in der Slurry-Herstellung zur Kontrolle direkt vor der Beschichtung: MANST integriert die Entgasung in den kontinuierlichen Beschichtungsprozess. Damit löst MANST systematisch die branchenüblichen Probleme herkömmlicher Anlagen, nämlich geringe Entgasungseffizienz, lange Zykluszeiten und chemisch bedingte Gasbildung. Die kontinuierliche Inline-Entgasung steigert Effizienz und Qualität und senkt die Kosten.

In Zukunft wird MANST die Entgasungstechnik und die Anlagen vor der Beschichtung noch enger integrieren. Für neue Slurry-Systeme wie Silizium-Kohlenstoff-Anoden, nickelreiche Kathoden und Festkörperelektrolyte will MANST die Anwendbarkeit des Entgasungsprozesses bewerten und erweitern. Gemeinsam mit Batterieherstellern und Materiallieferanten will MANST dazu beitragen, dass die Fertigung von Batterien mit hoher Energiedichte stetig kontinuierlicher und effizienter wird.