Zell- und Prozessentwicklung

Die Arbeitsgruppe »Zell- und Prozessentwicklung« befasst sich mit der Entwicklung, dem Aufbau und der Charakterisierung von Test- und Demonstratorzellen für neuartige Batteriekonzepte sowie Prozessen für die Komponentenfertigung. Ein Schwerpunkt liegt auf All-Solid-State-Technologien, bei denen der flüssige Elektrolyt ersetzt wird – angefangen von Polymeren bis hin zu vollständig anorganischen Festelektrolyten. Basierend auf innovativen Materialien, die am Fraunhofer IKTS hergestellt und angepasst werden, entwickeln wir neue Zellaufbauten in monopolarer und bipolarer Bauweise.

Einen weiteren Themenschwerpunkt umfassen die Charakterisierung kommerzieller Li-Ionen-Batterien und -Zellen sowie deren Post-mortem-Analyse. Hier wird ein großer Erfahrungsschatz an untersuchten und bewerteten Zelltypen (Knopf-, Pouch-, Bipolar- und kommerzielle Zellen) eingebracht. Experimentell stehen neben Batterieprüfständen spezielle Gloveboxen und Transfereinrichtungen ergänzend zur umfassend am IKTS vorhandenen Analytik zur Verfügung. Der Fokus liegt auf der Untersuchung von Fehlern im Zellaufbau sowie material- und prozessbedingten Degradationserscheinungen in der Zelle.

Ergänzend überführen wir neue Elektrodenmaterialien aus dem Labor in die Pilotfertigung. 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 das Applikationszentrum Batterietechnologie, das mit einem Trockenraum ausgestattet ist. Auch neue Herstellungsprozesse wie die kalt- und heißplastische Flachfolienextrusion für konventionelle oder polymere Festkörperzellen, stehen im Fokus der Forschung und Entwicklung.

Leistungsangebot

• Elektrische, elektrochemische und materialanalytische Charakterisierung von Materialien und Komponenten für Li- und Na-Festkörperbatterien und Li-Ionen-Batterien
• Technologiebewertung von Festkörperbatterien und Beratung zu Zellkonzepten
• Post-mortem-Analysen von konventionellen Zellen zur Identifikation von Ursachen für Zellversagen und Alterungsmechanismen sowie zur Bestimmung von Simulationsparametern
• Modellierung von Tiefentladungsprozessen
• Modellgestützte Elektrodenentwicklung und Optimierung nach Kundenspezifikation
• Durchführung von Material- und Beschichtungsversuchen für Elektrodenfolien
• 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