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Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion) dominieren seit fast zwei Jahrzehnten die tragbare Elektronikindustrie. Diese Batterien sind für ihre nahezu unerreichte volumetrische Energiedichte bekannt und treiben mittlerweile auch emissionsfreie Elektrofahrzeuge (EVs) und Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge an. Darüber hinaus sind die globale Erwärmung, die zunehmende Umweltverschmutzung und die Energiekrise globale Herausforderungen, die alle großen Volkswirtschaften dazu zwingen, die Energieumwandlung aus erneuerbaren Quellen zu maximieren. In den letzten Jahren haben wir auch ein enormes Wachstum bei umweltfreundlichen Transportmitteln mit alternativen Energien und Elektrofahrzeugen erlebt.

E-Mobilität wurde insbesondere als sicherer, effizienter und kosteneffizienter Weg zur Bewältigung globaler umweltökonomischer Probleme identifiziert. Diese Faktoren haben in den letzten Jahren zu einem exponentiellen Anstieg der Nachfrage nach Li-Ionen-Batterien geführt, sowohl für Elektrofahrzeuge als auch für den stationären Speicherbedarf. Während es bei der Erforschung von Elektrodenmaterialien beeindruckende Fortschritte gibt, wird erwartet, dass Lithium-basierte Chemikalien das Segment noch viele Jahre dominieren werden.

Der weltweite Markt für Li-Ionen-Batterien befindet sich im Aufschwung und wird im nächsten Jahrzehnt voraussichtlich ein stetiges und steiles jährliches Wachstum verzeichnen. Ein solch starker Anstieg der Nachfrage wird neue Risiken für die Lieferkette von Lithium-Ionen-Batterien mit sich bringen, insbesondere im Hinblick auf die Verfügbarkeit von Rohstoffen. Batteriehersteller befinden sich derzeit in einer Rohstoffkrise und die Branche muss dringend den Druck im Zusammenhang mit der Rohstoffverfügbarkeit abbauen, um den ständig wachsenden Anforderungen gerecht zu werden.

Gujarat Fluorochemicals Limited (GFL) hat sich in den letzten drei Jahrzehnten zu einem führenden Anbieter von Fluorprodukten für globale Märkte entwickelt. GFL verfügt über Fachkompetenz in vier Hauptproduktvertikalen: Fluorpolymere, Fluorspezialitäten, Kältemittel und Chemikalien. Mit seinen vertikal integrierten Betrieben und dem Zugriff auf wichtige Rohstoffe wird das Unternehmen nun ein wichtiger Lieferant für Batterierohstoffe sein. Mit Produkten wie Bindemitteln, Elektrolytsalzen und mehr will das Unternehmen seine Expertise in der Fluorchemie für die Entwicklung, Herstellung und Lieferung von Mehrwertprodukten für die Batterieindustrie nutzen.

Gujarat Fluorochemicals Limited (GFL) hat seinen Hauptsitz in Noida, Indien, und ist Teil der INOX-GFL-Gruppe. Die Gruppe verfügt über diversifizierte Geschäftssegmente, die Fluorpolymere, Spezialchemikalien, Windenergie und erneuerbare Energien umfassen.

Der kommerzielle Betrieb des Unternehmens begann 1989 mit Indiens größter Kältemittelproduktionsanlage in Ranjitnagar, Gujarat, Indien. Der Standort wurde weiter ausgebaut, um Fluorspezialprodukte herzustellen, die den wachsenden Anforderungen der globalen Agrar- und Pharmaindustrie gerecht werden.

Mit einer der weltweit am stärksten integrierten Anlagen in Dahej, Gujarat, Indien, beschreitet GFL im Jahr 2007 neue Wege und verfügt nun über ein vielfältiges Portfolio an Fluorpolymeren, das PTFE, PFA, FEP, FKM, PVDF und Fluorpolymeradditive umfasst.

Mit drei Produktionsstätten in Indien, einer eigenen Flussspatmine in Marokko, Büros und Lagern in Europa und den USA sowie einem weltweiten Marketingnetzwerk ist GFL ein etablierter Akteur auf den Märkten für Fluorpolymere und Fluorspezialitäten.

Das wichtigste Wertversprechen von GFL ist die vertikale Integration von natürlichen Mineralien bis hin zu Mehrwertprodukten – Fluorpolymeren und Fluorspezialitäten. Diese starke vertikale Integration ermöglicht es GFL, eine unterbrechungsfreie Produktionsumgebung sicherzustellen, die für die Erfüllung der Kundenanforderungen unter Einhaltung höchster Qualitätsstandards erforderlich ist.

GFL ist bestrebt, durch seine Geschäfte nachhaltige Werte zu schaffen und verpflichtet sich daher zur Förderung von „Wert durch grüne Chemie“ und einem klaren Fokus auf betriebliche Exzellenz und Nachhaltigkeit. Gestützt auf starke intellektuelle Fähigkeiten und modernste Technologie können seine Einrichtungen die Entwicklung neuer Produkte effizient durchführen und die wachsende Nachfrage nach verschiedenen Arten von Chemikalien decken. Mit seiner Kernkompetenz im Chemiesektor seit über 30 Jahren und kostenwettbewerbsfähigen Abläufen war das Unternehmen in der Lage, Strategien nahtlos zu integrieren, um die Führungsposition in wichtigen Geschäftssegmenten zu behaupten. Darüber hinaus ermöglicht die Konzentration auf wertsteigernde Produkte GFL, einen Wettbewerbsvorteil zu behalten, und durch die Nutzung seiner Hauptstärken freut sich GFL darauf, erfolgreich in die Lieferkette für Li-Ionen-Batterien einzudringen.

GFL hat sich als einer der weltweit führenden Hersteller von Fluorpolymeren positioniert und liefert eine vielfältige Produktpalette für seine globalen Kunden aus Branchen wie Automobil, Luft- und Raumfahrt, Halbleiter, Elektronik, Energie und allgemeine Haushaltsgeräte. Fluorpolymere mit ihren einzigartigen Eigenschaften sind leistungsstarke Spezialprodukte, die für den technologischen Fortschritt von entscheidender Bedeutung sind und das Rückgrat neuer Industrien wie Elektrofahrzeuge, erneuerbare Energien, Wasserstoff-Brennstoffzellen, Internet der Dinge usw. bilden. Diese sind einzigartig Eine Reihe von Eigenschaften sind auch für verschiedene Anwendungen bei der Herstellung von Li-Ion-Batterien wichtig und Fluorpolymere werden häufig als Bindemittel, Separatoren und Hochleistungsdichtungsmaterialien in Batterien verwendet.

InoflarTM PVDF ist ein Fluorpolymer mit hervorragenden thermomechanischen Eigenschaften, Abriebfestigkeit und chemischer Beständigkeit. Aufgrund der guten Ausgewogenheit dieser Eigenschaften wird PVDF in zahlreichen Anwendungen für die chemische Prozessindustrie, Öl und Gas, Halbleiter und Bautenbeschichtungen eingesetzt. Im Gegensatz zu anderen Fluorpolymeren ist PVDF auch in polaren Lösungsmitteln wie NMP löslich, was es zum bevorzugten Material für Filtrationsmembranen und zur Verwendung als Bindemittel in Elektrodenformulierungen macht.

Lithiumbatterien erfordern langfristige Zuverlässigkeit, chemische und elektrochemische Beständigkeit sowie Hochtemperaturleistung in der spezifischen chemischen Umgebung von Li-Ionen-Zellen. Inoflar PVDF-Bindemittel sind Harze mit sehr hohem Molekulargewicht, die bekanntermaßen eine hohe Haftung bieten, die zur Gewährleistung der Sicherheit und Haltbarkeit von Li-Ionen-Batterien erforderlich ist. Dies wird durch die geringen Quelleigenschaften von PVDF gegenüber typischen organischen Lösungsmitteln, Salzen und Additiven, die in Elektrolytformulierungen verwendet werden, weiter unterstützt.

GFL konzentriert sich außerdem auf die Entwicklung fortschrittlicher PVDF-Bindemitteltypen mit verbesserter Haftung bei gleichzeitig einfacher Verarbeitbarkeit, um den Marktanforderungen nach sichereren Batterien mit höherer Energiedichte und außergewöhnlicher Hochtemperaturleistung gerecht zu werden.

Um sein Engagement in der Li-on-Batterie-Lieferkette weiter zu stärken, hat GFL bereits in die Installation zusätzlicher PVDF-Kapazitäten für die Bindemittelanwendung in seiner integrierten Produktionsanlage investiert, um mit den Marktanforderungen Schritt zu halten. Wie die meisten seiner anderen Produkte investiert GFL in die Rückwärtsintegration, um die Verfügbarkeit ausreichender Rohstoffe sicherzustellen, um die Kapazitätserweiterung entsprechend den Marktanforderungen zu unterstützen.

Batteriehersteller versuchen stets, bei der Batteriesicherheit einen kompromisslosen Ansatz zu verfolgen. Lithium-Ionen-Batterien können sicherer gemacht werden, indem man sie „intelligent“ macht, indem man ihnen eine zusätzliche Intelligenzschicht verleiht. Diese zusätzliche Schicht ist nichts anderes als der Einsatz von Hochleistungsmaterialien in allen Batteriekomponenten. Dies hilft bei rechtzeitigen Maßnahmen, verhindert Schäden am System und gewährleistet die Batteriesicherheit.

Die Lithium-Ionen-Batterieindustrie verwendet mittlerweile immer mehr Kunststoffteile in ihren Herstellungsprozessen, hauptsächlich um das Gesamtgewicht der Batterien zu reduzieren. Zu den in Batterien integrierten Kunststoffkomponenten gehören Separatoren, Dichtungen und Gehäusekomponenten. Kunststoffe bieten zudem gute Stoßdämpfungseigenschaften und verhindern Schäden an der Grundzelleneinheit durch kleinere unbeabsichtigte Stöße. Kunststoffe können auch die Produktionskosten von Batterien senken und möglicherweise die meisten metallischen Komponenten von Batterien ersetzen. Angesichts der zunehmenden Verwendung von Kunststoffkomponenten in Batterien ist es auch wichtig, die richtigen Materialien für die Batteriekomponenten zu verwenden, um einen sicheren Betrieb solcher Batterien zu gewährleisten. Verschiedene von GFL hergestellte Fluorpolymere finden in Li-Ionen-Batterien Anwendung, um die allgemeine Betriebssicherheit dieser Batterien zu verbessern und anspruchsvolle Sicherheitsstandards für Schlüsselanwendungen zu erfüllen.

Bei der Batterieherstellung hat es einen starken Wandel von Metallen hin zu Kunststoffen gegeben. Fluonox® FKM ist eine Familie von Fluorelastomeren, die für ihre chemische Beständigkeit und ihren Betriebstemperaturbereich in den anspruchsvollsten Umgebungen bekannt sind. Diese FKMs sind eine ideale Wahl für Zelldichtungen in modernen Li-Ionen-Batterien. Die außergewöhnliche chemische Beständigkeit und Druckverformungsrestbeständigkeit tragen dazu bei, dass FKM-Zelldichtungen im Betrieb eine hervorragende Dichtleistung erzielen. Fluonox FKM-Dichtungen verbessern die Effizienz der Elektrolyteindämmung und damit die Sicherheit jeder Zelle erheblich.

Inoflon® PFA-Harze bieten eine außergewöhnliche Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit sowie eine sehr geringe Gas- und Feuchtigkeitsdurchlässigkeit. Inoflon PFA-Harze sind schmelzverarbeitbare Fluorkunststoffe mit sehr guter Verarbeitbarkeit und können leicht zu dünnen Dichtungen geformt werden, die bei der Zellmontage verwendet werden können. Mit einer Dauerbetriebstemperatur von bis zu 250 °C und einer Beständigkeit gegenüber Elektrolytlösungen bietet der Einsatz von Dichtungen aus Inoflon PFA-Harzen zusätzliche Sicherheit für Hochleistungsbatterien.

Der Einsatz von Kunststoffmaterialien für Gehäuse reduziert das Gesamtgewicht der Batterien deutlich. INOLUBTM R-Serie und I-SAN verleihen dem Gehäuse bei Verbindung mit Kunststoffgehäusematerial Flammschutz. Dies gewährleistet die Eindämmung eines Batteriebrandes im Falle einer Fehlfunktion. Diese Zusatzstoffe sind in geringen Konzentrationen wirksam und werden typischerweise verwendet, um die Brandausbreitung einzudämmen, indem brennende Tröpfchen, die von Kunststoffartikeln fallen, beseitigt werden. Diese Zusätze verleihen dem Gehäusematerial außerdem Anti-Tropf-Eigenschaften, was die Sicherheit im Falle eines thermischen Durchgehens zusätzlich gewährleistet.

INOLUB-Additive können in vielen Polymerverbindungen verwendet werden, wie z. B. Polycarbonat (PC), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), PC/ABS, Poly(p-phenylenoxid) (PPO), Polybutylenterephthalat (PBT), hochschlagfestem Polystyrol ( HIPS) und Polypropylen (PP). Es verhindert das Tropfen während der Verbrennung und verbessert die Fähigkeit der Polymerverbindung, die UL-94 V0-Einstufung zu erfüllen, selbst bei niedrigen Dosierungen von 0,1 – 0,5 %.

Herkömmliche Verfahren zur Herstellung von Li-Ionen-Batterien umfassen typischerweise einen Nassbeschichtungsprozess mit in NMP gelöstem PVDF-Bindemittel. Aktives Material wird in dieser PVDF-NMP-Lösung dispergiert, um die Elektrodenaufschlämmung zu bilden, die auf den Metallleiter aufgetragen wird. NMP oder N-Methyl-2-pyrrolidon ist das gebräuchlichste Lösungsmittel zur Herstellung von Kathodenelektroden in der Batterieindustrie; Aufgrund seiner negativen Auswirkungen auf die Umwelt und seiner Toxizität wird es jedoch in mehreren Ländern zunehmend eingeschränkt. Während der größte Teil dieses Lösungsmittels im Zellherstellungsprozess zurückgewonnen wird, stellen die sich ständig weiterentwickelnden gesetzlichen Beschränkungen eine ernsthafte Bedrohung für den herkömmlichen Nassbeschichtungsprozess dar, und Batteriehersteller suchen ständig nach neuen Verfahren, um den Einsatz von NMP-Lösungsmitteln zu eliminieren.

Eine dieser sich entwickelnden Technologien umfasst einen Trockenbeschichtungsprozess mit hochreinen PTFE-Pulvern als Bindemittel. Die Technologie erfordert spezielle PTFE-Pulver mit hohen Fibrillierungseigenschaften, um das Aktivmaterial zu binden. Eine hohe Fibrillierung in PTFE erfordert eine hohe Kristallinität und ein hohes Molekulargewicht des Polymers. Es ist auch wichtig, dass das PTFE vor dem Mischen des aktiven Materials nicht fibrilliert.

GFL hat bereits spezielle PTFE-Typen entwickelt, die für das Trockenbeschichtungsverfahren geeignet sind. Diese PTFE-Typen werden mit aggressiven Forschungs- und Entwicklungsansätzen weiter optimiert, falls in den kommenden Jahren ein Übergang zu einem Trockenbeschichtungsprozess erfolgt.

In einer Welt, die auf Nachhaltigkeit setzt, werden grüne Energie und umweltfreundliche Transportmittel immer wichtiger in unserem täglichen Leben. Angesichts des rasanten Wachstums von Elektro- und Hybridfahrzeugen investieren globale Automobilhersteller verstärkt in die Elektromobilität, was zu einer Rekordnachfrage nach Li-Ionen-Batterien führt. Das Wachstum in anderen Sektoren wie Telekommunikation, Elektrizität und Energie hat diese Nachfrage nach Energiespeicheranforderungen weiter erhöht. Ein solch starker Nachfrageanstieg hat neue Risiken für die Lieferkette von Lithium-Ionen-Batterien geschaffen, insbesondere im Hinblick auf die Verfügbarkeit von Rohstoffen.

Mit der Absicht, zum weltweiten Vorstoß für grüne Energie und Energiespeicherlösungen beizutragen, die eine wachsende Nachfrage nach Rohstoffen für Li-Ionen-Batterien erfordern, hat GFL eine hundertprozentige Tochtergesellschaft gegründet – GFCL EV Products Limited. Mit seiner Expertise in der Fluorchemie und seinem Fokus auf grüne Chemie wird das Unternehmen in den Bereichen der Bereitstellung von Lösungen für die gesamte Wertschöpfungskette aller Arten von Batterien, Batteriekomponenten und Produkten für Energiespeicheranwendungen tätig sein.

Der Markt für fortschrittliche Energiespeicher wird voraussichtlich wachsen, angetrieben durch die Entwicklung neuer Produkte und breiterer Anwendungsbereiche. Dementsprechend dürfte die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien steigen, wobei die Sicherstellung einer stabilen Versorgung mit Elektrolytmaterial für die Batterie zunehmend an Bedeutung gewinnen dürfte.

Der Elektrolyt spielt eine Schlüsselrolle beim Transport der positiven Lithiumionen zwischen Kathode und Anode, die die Grundlage für die Batteriefunktionalität bilden. Obwohl es verschiedene Elektrolytformulierungen gibt, enthalten alle Elektrolytformulierungen für Li-Ionen-Batterien typischerweise ein Lithiumsalz – Lithiumhexafluorphosphat (LiPF6) – in einer organischen Lösung.

Vor diesem Hintergrund hat GFCL EV durch die Errichtung der größten LiPF6-Produktionsanlage Indiens in einem gut integrierten Komplex, der voraussichtlich im ersten Quartal 2023 in Betrieb genommen wird, einen starken Schritt in der Batterielieferkette gemacht. Die Anlage wird außerdem modular aufgebaut sein schnelle Kapazitätserhöhungen, um den wachsenden Bedarf an Lithiumsalz zu decken. Die Organisation beabsichtigt erneut, ihr Fachwissen in der Fluorchemie, die Verfügbarkeit wichtiger Rohstoffe wie wasserfreie Flusssäure in Elektronikqualität sowie ihr vorhandenes Know-how und ihre Ressourcen zu nutzen, um LiPF6 schnell auf den Batteriemarkt zu bringen.

Neben Lithiumsalz wird GFCL EV seine Integration in die Herstellung hochreiner Batterieelektrolyt-Produktlinien weiter vorantreiben. Das Elektrolyt-Portfolio soll sowohl Standard-Elektrolytlösungen als auch kundenspezifische Formulierungen nach Kundenwunsch umfassen.

Zusätzlich zum Lithiumsalz müssen dem fertigen Elektrolyten eine Reihe von Zusatzstoffen zugesetzt werden, um der Elektrolytlösung die erforderlichen Eigenschaften zu verleihen. Diese Elektrolytzusätze für Li-Ionen-Batterien verbessern die Stabilität der Zellen und verleihen den Zellen verschiedene Leistungsmerkmale. GFCL EV hat die Entwicklung dieser leistungssteigernden Additive bereits in seiner F&E-Roadmap in Betracht gezogen, die weitere Entwicklungen bei Li-Ionen-Zellen unterstützen soll. Das Unternehmen verfolgt aufmerksam neuere Technologien in der Energiespeicherung und engagiert sich für die Entwicklung neuartiger Materialien, die für alternative Zellchemien sowie Batterien der nächsten Generation erforderlich sind.

Gujarat Fluorochemicals GmbH(+49) 40-808074-667[email protected]www.gfl-europe.com

GFL Americas LLC(+1) 512-446-7700www.gflamericas.com

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