Von der Black Mass zum Kathodenmaterial: Wie Inline-Konzentrationsmessung die CAM-Produktion effizienter macht

Fluid.iO Sensor + Control GmbH & Co. KG
12.08.2026
24
7.1 Minuten

Die Elektromobilität wächst rasant – und mit ihr die Nachfrage nach leistungsfähigen Lithium-Ionen-Batterien. Um unabhängiger von asiatischen Lieferketten zu werden, investiert Europa derzeit massiv in den Aufbau einer eigenen Batterie-Wertschöpfungskette. Neue Produktionsstandorte für Cathode Active Materials (CAM) entstehen unter anderem in Deutschland, Finnland, Polen und Spanien. Doch mit steigenden Produktionskapazitäten wächst auch die Bedeutung stabiler und effizienter Fertigungsprozesse. Bereits kleine Abweichungen bei der Konzentration von Metallionen oder Feststoffen können die Qualität des späteren Kathodenmaterials beeinflussen und damit die Leistungsfähigkeit der Batterie beeinträchtigen. Eine präzise Prozessüberwachung wird deshalb zu einem entscheidenden Erfolgsfaktor.

Was sind Cathode Active Materials (CAM)?

Cathode Active Materials (CAM) bilden den aktiven Bestandteil der Kathode einer Lithium-Ionen-Batterie. Sie bestimmen maßgeblich die Eigenschaften einer Batterie und haben direkten Einfluss auf:

Energiedichte
Lebensdauer
Ladegeschwindigkeit
Sicherheit
Leistungsfähigkeit

Je nach Batterietyp bestehen CAM beispielsweise aus Kombinationen von:

Lithium
Nickel
Kobalt
Mangan
Aluminium (je nach Zellchemie)

Die Herstellung dieser Materialien erfolgt in mehreren aufeinander abgestimmten Prozessschritten. Dabei ist eine gleichbleibend hohe Produktqualität entscheidend, da bereits geringe Schwankungen während der Produktion Auswirkungen auf die spätere Batterieleistung haben können.

Europa investiert in die CAM-Produktion

Um die steigende Nachfrage nach Batterien für Elektrofahrzeuge zu decken, entstehen derzeit zahlreiche Produktionsanlagen für Kathodenaktivmaterialien in Europa.

Zu den wichtigsten Projekten zählen unter anderem:

Unternehmen	Standort	Status
BASF	Schwarzheide (Deutschland)	Produktion
IONWAY (PowerCo & Umicore)	Nysa (Polen)	im Bau
Easpring Finland	Kotka (Finnland)	im Bau
Hunan Yuneng	Mérida (Spanien)	Baugenehmigung erteilt

Alle diese Werke verfolgen ein gemeinsames Ziel: hochwertige Kathodenmaterialien möglichst effizient, ressourcenschonend und in gleichbleibender Qualität herzustellen.

Damit rückt die Prozessmesstechnik immer stärker in den Mittelpunkt moderner Produktionsanlagen.

Wo entstehen die größten Herausforderungen?

Die Herstellung von Kathodenaktivmaterialien umfasst zahlreiche Prozessschritte – von der Rohstoffaufbereitung bis zum fertigen Produkt.

Während des gesamten Herstellungsprozesses müssen verschiedene Parameter kontinuierlich überwacht werden. Besonders kritisch sind dabei:

Konzentration der Suspension
Homogenität der Mischung
Feststoffgehalt
Wasserverbrauch
Energieeinsatz

Bereits geringe Abweichungen können sich auf die Partikelbildung während der Co-Precipitation auswirken und dadurch die Qualität des späteren Kathodenmaterials beeinflussen.

Eine präzise und kontinuierliche Prozessüberwachung ist daher unverzichtbar.

Der Wasch- und Aufbereitungsschritt – ein entscheidender Prozess

Nach dem Recycling von Lithium-Ionen-Batterien entsteht zunächst die sogenannte Black Mass. Sie enthält wertvolle Bestandteile der Batterie, insbesondere Materialien der Kathode, die anschließend für die Herstellung neuer Kathodenaktivmaterialien aufbereitet werden.

Ein wichtiger Prozessschritt ist dabei die Aufbereitung und Waschung dieser Materialien.

Im Zuge der weiteren Aufbereitung werden zurückgewonnene beziehungsweise eingesetzte Metallverbindungen in einem Dissolution Tank mit deionisiertem Wasser vermischt und gelöst. Durch Rühren und Ionisation entsteht eine Metallionenlösung, die anschließend für weitere Prozessschritte bis hin zur Co-Precipitation bereitgestellt werden kann.

Der vereinfachte Prozessablauf sieht folgendermaßen aus (Diese Grafik wurde mit KI generiert):

Während des Waschprozesses wird Prozesswasser mehrfach zurückgeführt und wiederverwendet. Dadurch verändert sich die Konzentration der Suspension kontinuierlich.

Genau hier liegt eine der größten Herausforderungen der Prozessführung.

Warum ist die Konzentration so entscheidend?

Im Dissolution Tank bestimmt die Konzentration der Metallionen maßgeblich die Qualität der späteren Partikelbildung.

Ist die Konzentration zu hoch oder zu niedrig, kann dies den gesamten Co-Precipitation-Prozess beeinflussen und zu Qualitätsschwankungen führen.

In vielen Produktionsanlagen erfolgt die Steuerung des Waschprozesses noch über fest definierte Waschzeiten oder diskontinuierliche Laboranalysen.

Das kann dazu führen, dass:

länger gewaschen wird als notwendig,
unnötig Wasser verbraucht wird,
zusätzlicher Energieaufwand entsteht,
Produktionszeit verloren geht,
Prozesse nicht optimal ausgenutzt werden.

Eine kontinuierliche Inline-Messung ermöglicht dagegen eine Steuerung anhand des tatsächlichen Prozesszustands.

Wie unterstützt die Mikrowellen-Konzentrationsmessung?

Eine kontinuierliche Mikrowellen-Konzentrationsmessung überwacht den Feststoffgehalt beziehungsweise die Konzentration der Suspension direkt im Prozess – ohne den Produktionsablauf zu unterbrechen.

Die Messung erfolgt kontinuierlich zwischen Dissolution Tank und Filter Press und liefert in Echtzeit Informationen über Konzentrationsänderungen innerhalb der Suspension.

Dadurch können Betreiber ihre Prozesse gezielt optimieren und nicht mehr ausschließlich anhand fester Waschzeiten steuern. (Diese Grafik wurde mit KI generiert)

Die Vorteile:

✔ kontinuierliche Prozessüberwachung in Echtzeit

✔ präzise Konzentrationsregelung

✔ optimierte Waschprozesse

✔ geringerer Wasserverbrauch

✔ reduzierter Energieeinsatz

✔ Wiederverwendung von Prozesswasser

✔ gleichbleibende Produktqualität

✔ höhere Produktionskapazität

Praxisbeispiel aus der CAM-Produktion

Ein Praxisbeispiel aus der Herstellung von Kathodenaktivmaterialien zeigt den Nutzen einer kontinuierlichen Konzentrationsmessung im laufenden Produktionsprozess.

In einer CAM-Produktionslinie wurde eine Mikrowellen-Konzentrationsmessung zwischen Dissolution Tank und Filter Press installiert. Dort überwacht sie kontinuierlich die Konzentration der Suspension während des Waschprozesses.

Da das Prozesswasser nach der Filtration wieder in den Dissolution Tank zurückgeführt und erneut verwendet wird, verändert sich die Konzentration während des Prozesses fortlaufend. Durch die kontinuierliche Messung kann der Waschprozess anhand der tatsächlichen Konzentration gesteuert werden, anstatt sich ausschließlich an fest definierten Waschzeiten zu orientieren.

Das Ergebnis:

Durch die kontinuierliche Konzentrationsüberwachung konnte die Prozesssteuerung optimiert und die Anzahl der täglichen Produktionszyklen von etwa acht auf bis zu zehn erhöht werden. Gleichzeitig ließen sich Wasser- und Energieverbrauch reduzieren und der Prozess stabilisieren.

Das Praxisbeispiel zeigt, wie Echtzeit-Prozessdaten dazu beitragen können, Produktionsprozesse effizienter zu steuern, Ressourcen gezielter einzusetzen und den Durchsatz in der CAM-Produktion zu erhöhen.

Vorteile der Inline-Konzentrationsmessung für CAM-Hersteller

Vorteil	Nutzen
Echtzeitüberwachung	kontinuierliche Transparenz im Prozess
Weniger Wasserverbrauch	optimierte Waschzyklen
Geringerer Energiebedarf	kürzere Prozesszeiten
Stabile Produktqualität	konstante Konzentrationsführung
Weniger Ausschuss	reproduzierbare Prozessbedingungen
Automatisierte Prozesssteuerung	weniger manuelle Eingriffe
Höhere Anlagenverfügbarkeit	effizientere Produktionsabläufe
Mehr Produktionsdurchsatz	höhere Auslastung der Anlage

Fazit

Mit dem Ausbau der europäischen Batterieproduktion steigen auch die Anforderungen an stabile, ressourceneffiziente und wirtschaftliche Herstellungsprozesse.

Gerade in sensiblen Prozessschritten wie der Aufbereitung und Waschung von Kathodenaktivmaterialien spielt die kontinuierliche Konzentrationsmessung eine entscheidende Rolle. Sie ermöglicht eine präzisere Prozessführung, kann den Verbrauch von Wasser und Energie reduzieren und trägt gleichzeitig zu einer konstant hohen Produktqualität bei.

Für Hersteller von Cathode Active Materials wird die Inline-Prozessmesstechnik damit zu einem wichtigen Baustein einer effizienten und nachhaltigen Batterieproduktion.

Was sind Cathode Active Materials (CAM)?

Cathode Active Materials sind die aktiven Materialien der Kathode einer Lithium-Ionen-Batterie. Sie beeinflussen unter anderem Energiedichte, Lebensdauer, Ladeleistung und Sicherheit der Batterie.

Warum ist die Konzentrationsmessung bei der CAM-Produktion wichtig?

Eine konstante Konzentration der Metallionen und Feststoffe ist entscheidend für stabile Prozessbedingungen und eine gleichbleibende Produktqualität. Abweichungen können nachfolgende Prozessschritte wie die Co-Precipitation und damit die Qualität des Kathodenmaterials beeinflussen.

Wie funktioniert die Inline-Konzentrationsmessung mit Mikrowellen?

Die Mikrowellen-Konzentrationsmessung erfasst Konzentrationsänderungen direkt und kontinuierlich im laufenden Prozess. Dadurch stehen Messwerte in Echtzeit zur Verfügung, ohne dass der Prozess für Probenahmen oder Laboranalysen unterbrochen werden muss.

Welche Vorteile bietet die Inline-Konzentrationsmessung in der CAM-Produktion?

Durch die kontinuierliche Überwachung können Wasch- und Aufbereitungsprozesse bedarfsgerecht gesteuert werden. Das kann den Wasser- und Energieverbrauch reduzieren, Prozesszeiten verkürzen, die Produktqualität stabilisieren und den Produktionsdurchsatz erhöhen.