Elektrodenentwicklung

Gruppe

Schlickeraufbereitung und Streifenbeschichtung für Li-Ionen-Batterien im Applikationszentrum Batterietechnologie.
Herstellung einer beidseitig beschichteten Bipolarelektrode.

Die Arbeitsgruppe »Elektrodenentwicklung« bildet die Schnittstelle zwischen Material- und Prozessentwicklung und überführt neue Elektrodenmaterialien aus dem Labor in die Pilotfertigung. Sie stellt damit den Anknüpfungspunkt zwischen der Laborentwicklung und der industriellen Fertigung beim Kunden dar und unterstützt die Kommerzialisierung mit ihrer spezifischen Expertise zur Technologieskalierung.

Dafür kann in vollem Umfang auf das Know-how des Teams im Umgang mit Misch-, Charakterisierungs-, Beschichtungs- und Trocknungstechnologien zurückgegriffen werden. Um die komplette Fertigungskette für Li-Ionen-Batterien und deren Komponenten abbilden zu können, betreibt das Fraunhofer IKTS an seinem Standort in Freiberg ein Applikationszentrum. Auf den Anlagen werden neue Materialsysteme für Elektroden von Li-Ionen Batterien, Supercaps oder MEAs für PEM-Brennstoffzellen im Pilotmaßstab in Kleinserien gefertigt. Innovative Zelldesigns, wie das bipolare EMBATT-Batteriekonzepte, mit flüssigen oder festen Elektrolyten werden unter Trockenraumbedingungen teilautomatisiert gefertigt. Auch neue Herstellungsprozesse wie die kalt- und heißplastische Flachfolienextrusion für konventionelle oder polymere Festkörperzellen, stehen im Fokus der Forschung und Entwicklung. In Zusammenarbeit mit den verschiedenen Arbeitsgruppen im IKTS werden neue Formgebungsprozesse und Prüfverfahren in der Batteriefertigung erprobt und optimiert. Darüber hinaus stellt die Untersuchung des Befüll- und Formierungsverhaltens poröser Lithium-Ionen-Elektroden einen wichtigen Forschungsschwerpunkt dar, da diese Fertigungsschritte in der heutigen Zellproduktion geschwindigkeitsbestimmend und extrem kostenrelevant sind, aber kaum Analysemethoden für die Prozessoptimierung zur Verfügung stehen.

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Leistungsangebot#

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  • Modellgestützte Elektrodenentwicklung und Optimierung nach Kundenspezifikation
  • Durchführung von Material- und Beschichtungsversuchen für Elektrodenfolien
  • Rheologische Probencharakterisierung von Slurries sowie Restfeuchtebestimmung
  • Untersuchung des Benetzungsverhaltens von Elektroden im Formierungsprozess (»Cell-Fill«)
  • Entwicklung, Erprobung und Optimierung integrierter Fertigungskonzepte für die Elektroden- und Zellherstellung
  • Up-Scaling von Laborprozessen und Technologietransfer im Trockenraum
  • Machbarkeitsstudien und Beratung im Bereich der Prozessskalierung

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Technische Ausstattung#

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  • Materialverarbeitung unter Trockenraumbedingungen bis Taupunkt -70 °C
  • Mischaggregate (Dissolver, Planetenmischer, Intensivmischer, Kneter und Extruder) bis zu einer Batchgröße von 10 kg
  • Tapecaster (Doctor-Blade, Schlitzdüse) bis 300 mm Breite mit Trocknungsstrecke und Abluftbehandlung für organische Lösungsmittel
  • Walz- und Glättkalander zur Folienverdichtung und Lamination
  • Anlagen zur kalt- und heißplastischen Flachfolienextrusion
  • Trocknungsanlagen (Passivtrocknung, Kontakttrocknung, IR-Trocknung)
  • Feuchtebestimmung mittels Karl-Fischer-Titration
  • Luft-Ultraschall-Schichtdickenmessgerät zur Qualitätsüberwachung von Folien
  • Zelltester und Klimakammern zur Charakterisierung von Testzellen

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