Energy Optimization for Lithium-ion Electrode Manufacturing Processes

Idet dagens samfunn gradvis heller mot transport metoder drevet av fornybar energi, som elektriske biler, er batteriproduksjon forventet å vokse betydelig. Denne oppgaven har som mål å ta for seg energiforbruket i en litium-ion batteri produksjonsprosess. Dette inkluderer også å se på potensialet av alternative teknologier innenfor feltet. De mest energikrevende stegene i en standard produksjonsprosess er elektrodetørkingen og “dry room”. Disse områdene er hovedfokuset for denne studien. Energien som kreves for fordamping av “solvent”, samt tørketiden til elektroden, er simulert ved bruk av matematiske modeller for forskjellige tørkemetoder. Testing er også gjennomført for forskjellige initialbetingelser. Simulering for energikravet til oppvarming og nedkjøling av produksjonsprosessen er gjennomført ved bruk av Aspen HYSYS. "Dry room” er modellert ved bruk av Aspen Plus. Potensialet for å bruke “Maximum Energy Recovery” (MER) nettverk basert på pinch analyse er undersøkt. Et estimat av produksjonsenergien i de forskjellige oppsettene er også gjennomført. I tillegg er forholdet mellom energibruk og produsert batterikapasitet vurdert. Den vanlige tørkeprosessen ved bruk av konveksjon, er modellert til å ha en effekt på rundt 2591 kW. Dette korresponderer til en energi per produsert celle forhold på 32.7 Wh/Wh, og er et referansepunkt for sammenligning av de resterende designene. Tørking ved bruk av stråling er til sammenligning litt høyere med et forhold på 34.4 Wh/Wh. Designene for MER-nettverkene er mellom 18 og 20 Wh/Wh, som antyder at denne designmetoden er veldig relevant i sammenligning med vanlige produksjonsoppsett. Disse MER-nettverkene kan også bli videre forbedret ved å integrere en varmepumpe rundt pinch temperaturen til systemet. Energikravet for “Dry room” er også modellert med en resulterende effekt på 339 kW. Dette tilsvarer et total energi per. produsert kapasitet forhold på 5 Wh/Wh, avhengig av initialbetingelser. Alternative produksjonsmetoder, som “semi-solid” elektrodestrukturer, kan unngå kravet om elektrodetørking, og derfor mesteparten av energiforbruket. Disse metodene viser potensiale, og det kombinerte energikravet er estimert til å være 10-20 Wh/Wh. Lasertørking er også diskutert som et lovende alternativ, gitt den økte graden av kontroll som lasertørking gir for prosessen