Flüssigkeitsfiltrationslösungen in der Batterieherstellung

Mit dem rasanten Wachstum der Energiebatterieindustrie werden in der Produktion zunehmend hohe Reinheits- und Reinheitsanforderungen an Flüssigkeiten gestellt. Winzige Metallpartikel, Staub oder Feuchtigkeit können die Leistung und Sicherheit des Akkus beeinträchtigen. Die Flüssigkeitsfiltration, die für Prozessstabilität, Produktausbeute und Sicherheit unerlässlich ist, wird daher immer wichtiger. Dieser Artikel befasst sich mit der Flüssigkeitsfiltration bei der Herstellung und dem Recycling von Energiebatterien und behandelt Lösungen für die Zellmaterialvorbereitung, die Separatorbeschichtung sowie die Elektrolytreinigung und das Recycling.

1. Flüssigkeitsfiltration im Vorbehandlungsprozess von Batteriestrukturkomponenten

Bei der Herstellung von Leistungsbatteriemodulen und -gehäusen werden Strukturkomponenten wie Gehäuse und Wannen aus Aluminium und Edelstahl einer Vorbehandlung unterzogen – Entfettung, Waschen, Oberflächenkonditionierung, Phosphatierung/Passivierung und elektrophoretische Beschichtung –, um Öl zu entfernen und die Haftung der Beschichtung sicherzustellen. Flüssigkeitsfiltrationssysteme zirkulieren und reinigen Chemikalien und Waschlösungen und entfernen Metallrückstände, unlösliche Partikel und Korrosionsprodukte aus Rohrleitungen. Dies verhindert Verstopfungen oder Schäden an Geräten wie Sprühsystemen und Heizgeräten, verlängert deren Lebensdauer und gewährleistet eine effektive Behandlung.

Zu den häufig verwendeten Geräten gehören SS-Beutel- und Patronenfiltergehäuse, typischerweise Filterung 5–50 μm. Das Gehäusematerial beeinflusst die Stabilität und Lebensdauer des Geräts. Edelstahl 316/316L, der Industriestandard, bietet hervorragende Korrosions- und Druckbeständigkeit. Präzisionsguss und Polieren sorgen für eine zuverlässige Abdichtung und einen stabilen Druck und ermöglichen eine effiziente und kontinuierliche Reinigung der Tankflüssigkeit.

Die Filterleistung hängt hauptsächlich von der Materialauswahl der Faltenfilterpatrone ab; Eine hohe Schmutzaufnahmekapazität ist unerlässlich, um die Filterlebensdauer zu verlängern und die Betriebskosten zu senken. PP-Faltenfilterpatrone: Bewältigt die meisten Säuren und Laugen bei Raumtemperatur; kostengünstig. Faltenfilterpatrone mit PTFE-Membran: Beständig gegen starke Säuren, Laugen und organische Lösungsmittel; Ideal für stark korrosive Umgebungen. PVDF-Membran-Faltenfilterpatrone: Sehr hitze- und chemikalienbeständig; geeignet für raue Bedingungen. Einige Systeme verwenden auch automatische Rückspülfilter, um zirkulierendes Wasser oder Reinigungsflüssigkeiten zu reinigen und so eine kontinuierliche Produktion sicherzustellen und den Wartungsaufwand zu reduzieren.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Flüssigkeitsfiltration in Vorbehandlungsprozessen nicht nur auf ein robustes Edelstahlgehäuse, sondern auch auf die optimale Auswahl der Filtermedien angewiesen ist. Nur die richtigen Materialien können eine effektive Filterung gewährleisten, den Produktionsprozess stabilisieren und die Qualität des Elektrotauchlackfilms verbessern.

2. Flüssigkeitsfiltration in der Beschichtungs- und Abwasserbehandlung

Beim Spritzbeschichten von Batteriemodulen entsteht durch flüssigen Lack Abwasser, das Farbnebelpartikel enthält. Normalerweise wird es in einer Wasservorhangkabine vorbehandelt und anschließend mithilfe von Beutelfiltern in mehrstufigen Filtersystemen gründlich gereinigt – ein wesentlicher Schritt zur Einhaltung der Umweltvorschriften. FlüssigkeitsfilterbeutelSie bestehen aus Polyester (PET), Nylon oder Polypropylen (PP) und bieten Korrosionsbeständigkeit, hohe Festigkeit und eine Filtergenauigkeit von 1–10 μm. Die mehrstufige Filtration senkt den Gesamtgehalt an suspendierten Feststoffen (TSS), verbessert die Effizienz der biochemischen Membran und der MBR-Membran, reduziert den Wartungsaufwand und ermöglicht die Wiederverwendung von Abwasser, wodurch Energieeinsparung, Umweltschutz und eine saubere Produktion unterstützt werden.

3. Flüssigkeitsfiltration bei der Batteriematerialvorbereitung

1) Schlammfiltration mit positiven und negativen Elektroden

Positive und negative Elektrodenschlämme bestehen aus aktiven Materialien, Leitmitteln, Bindemitteln und Lösungsmitteln (wie Wasser oder NMP). Sie haben eine hohe Viskosität und einen hohen Feststoffgehalt. Sie müssen vor der Beschichtung gründlich gefiltert werden, um nicht dispergierte leitfähige Wirkstoff-/Bindemittelaggregate, Umgebungsfremdstoffe und Gelpartikel zu entfernen. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Elektrodenbeschichtung und verhindert, dass große Partikel beim Wickeln oder Laminieren den Separator durchdringen und möglicherweise interne Kurzschlüsse verursachen.

A. Grobfiltration: 50–100 μm, es können Filtergehäuse mit mehreren Beuteln verwendet werden. Zweck: Entfernt große Partikelaggregate und Gele, schützt das Feinfilterelement und sorgt für einen stabilen Schlammfluss. Vorteile: Hohe Durchflussrate, hohe Schmutzaufnahmekapazität, chemische Beständigkeit und reduzierte Ersatz- und Ausfallkosten.

B. Feinfiltration: 5–15 μm, groß, kann ein plissiertes Filtergehäuse mit hohem Durchfluss verwenden. Zweck: Hält feine Partikel zurück, sorgt für eine gleichmäßige Elektrodenbeschichtung, reduziert Beschichtungsfehler und verbessert die Konsistenz und Sicherheit der Batteriezellen. Vorteile: Hohe Präzision, hohe Schmutzaufnahmekapazität, mehrlagiger Faltenaufbau, chemische Beständigkeit und hohe Druckdifferenz sowie zuverlässige Abdichtung. Die zweistufige Filtration reinigt die Aufschlämmung von grob bis fein und verbessert so die Beschichtungsqualität, die Batteriesicherheit und die Produktionseffizienz. 

2) Elektrolytfiltration

Der Elektrolyt, das elektrochemische Kernmedium von Leistungsbatterien (z. B. in Carbonat gelöstes LiPF?), ist äußerst empfindlich gegenüber Feuchtigkeit und Partikeln (insbesondere Metallionen). Seine Reinheit wirkt sich direkt auf die Batterielebensdauer, die Selbstentladungsrate und die Sicherheit aus. Die Filterfeinheit beträgt 0,1–0,45 μm (oder sogar weniger) oder die gängigen Filtermaterialien: PTFE-, PVDF- und PES-Faltenfilterelemente (Membranoberflächenfiltration). Systemanforderungen: Der gesamte Filtrations- und Transferprozess muss in einer trockenen, geschlossenen Umgebung (z. B. mit Argon gefüllt) durchgeführt werden. Filtergehäuse und Filterelemente sollten Konstruktionen mit geringem Gehalt an extrahierbaren Stoffen und niedrigen Metallionen (z. B. passivierter Edelstahl 316L) verwenden, um eine Sekundärkontamination zu verhindern. Im Gegensatz zu herkömmlichen Nadelfilzfilterbeuteln bieten hochpräzise plissierte Membranfilterelemente absolute Filterwerte und sind die erste Wahl für die Elektrolytreinigung, da sie die Reinheit des Elektrolyten und eine stabile Batterieleistung gewährleisten.

3) Membranbeschichtungsflüssigkeitsfiltration

Auf die Membranoberfläche aufgebrachte Keramik- oder PVDF-Beschichtungen können die thermische Stabilität und Sicherheit der Batterie erheblich verbessern. Die Beschichtungsflüssigkeit muss mit äußerst hoher Präzision gefiltert werden, um alle Gelpartikel und Verunreinigungen zu entfernen und eine gleichmäßige, fehlerfreie Beschichtung zu gewährleisten. Die Filtrationsgenauigkeit beträgt 0,1–1 μm; Gängige Filtermaterialien sind hochpräzise, hochreine Polymer-Faltenfilter (z. B. Nylon, PES, PVDF) oder hochreine Keramikmembranfilter. Und die gesinterten Metallfilter werden in diesem Prozess aufgrund der Möglichkeit einer Ionenfreisetzung selten verwendet. Eine präzise Filtration ist entscheidend für die Qualität der Membranbeschichtung und die Batteriesicherheit.

4. Flüssigkeitsfiltration beim Recycling von Strombatterien

Beim Nassrecycling gebrauchter Energiebatterien ist die Filtration für die Fest-Flüssigkeits-Trennung und Lösungsreinigung von entscheidender Bedeutung und wirkt sich direkt auf die Metallrückgewinnung und Produktreinheit aus.

1) Abtrennung von Auslaugungsrückständen

Zerkleinerte Batteriematerialien werden mit sauren oder alkalischen Lösungen ausgelaugt und bilden eine Aufschlämmung mit ungelösten Verunreinigungen. Platten- und Rahmenfilterpressen und Bandfilter werden üblicherweise für groß angelegte, hocheffiziente Feststoff-Flüssigkeits-Trennungen eingesetzt und erzeugen eine Lösung, die reich an Metallionen wie Kobalt, Nickel und Lithium ist.

2) Lösungsreinigung

Während der Extraktion, Fällung und Kristallisation sorgen Beutel- oder Patronenfilter für eine Vorfiltration zum Schutz der Präzisionsausrüstung. Bei hochreinen Lithiumsalzen (z. B. Lithiumcarbonat und Lithiumhydroxid) entfernen keramische Mikrofiltrations- (MF) oder Ultrafiltrationsmembranen (UF) Kolloide im Submikronbereich und organische Stoffe und verbessern so die Produktqualität, den Recyclingwert und den Umweltschutz.

Fazit

Die Flüssigkeitsfiltration ist bei der Herstellung und dem Recycling von Energiebatterien von entscheidender Bedeutung – von der Komponentenvorbehandlung über Elektrodenschlämme, Elektrolyte und Separatorbeschichtungsflüssigkeiten bis hin zur Ressourcenrückgewinnung. Das richtige Filterdesign und die hochwertige Ausrüstung gewährleisten die Leistung, Sicherheit und Konsistenz der Batterie, senken gleichzeitig die Kosten und steigern den Nutzen für die Umwelt.