Elektrodenentwicklung

Gruppe

Applikationszentrum Batterietechnologie

Thema

Schema der Prozessabläufe einer Li-Ionen-Batteriefertigung.

Die kontinuierliche Reduzierung der Fertigungskosten ist eine notwendige Voraussetzung für die zukünftige Verbreitung von Lithium-Ionen-Batterien für die mobile oder stationäre Energiespeicherung. Die Technologieentwicklung und Skalierung stellt dabei ein entscheidendes Bindeglied zwischen den Grundlagenuntersuchungen im Labor und der industriellen Prozessentwicklung in der Serienfertigung dar. Bereits seit 2012 betreiben dafür thyssenkrupp System Engineering GmbH und das Fraunhofer IKTS gemeinsam ein Applikationszentrum mit 300 m² Trockenraum am Standort Pleißa nahe Chemnitz.

Im Applikationszentrum Batterietechnologie stehen industriellen Kunden verschiedene Technikumsanlagen zur Mischung, Schlickeraufbereitung, Folienbeschichtung, Trocknung und Nachverdichtung von Elektrodenfolien zur Verfügung, um kontinuierliche Herstellprozesse aus dem Labor- in den vorindustriellen Pilotmaßstab zu überführen. In Kooperation mit dem industriellen Partner thyssenkrupp System Engineering, der als Anlagenbauer die Prozesse der Zell- und Modulmontage betreut, kann die gesamte Breite der Li-Ionen-Batteriefertigung im Applikationszentrum abgedeckt werden.

Mit den vielseitig einsetzbaren Mischungsaggregaten (Planetenmischer, Intensivmischer u. a.) steht ein breites Spektrum an Prozessparametern für inertisierte nass- und trockene Mischungsrouten bei verschiedenen Viskositäten zu Verfügung. Weiterhin können mittels klassischem Tape-Casting-Verfahren am Coater Folienbreiten von bis zu 300 mm beschichtet werden. Dieses Verfahren kommt beispielsweise auch zur Anwendung, wenn in einer zweiten Beschichtung zusätzliche Funktionsschichten wie keramische Separatorschichten oder polymere Elektrolyte auf die Elektrode aufgetragen werden bzw. die Stromsammlerfolie beidseitig beschichtet werden soll. Darüber hinaus können Hoch-Energie-Elektroden mit hoher Flächenkapazitätsbeladung über den Prozess der Folienextrusion hergestellt werden. Aufgrund ihres hohen Feststoffanteils von bis zu 90 % und daher geringen Lösemittelanteilen besitzen kontinuierliche Extrusionsverfahren zur Mischung und Formgebung ein großes Potenzial. Sie können Prozesskosten reduzieren und sind Gegenstand aktueller FuE-Tätigkeiten für Li-Ionen-Batterien mit flüssigen oder polymeren Elektrolyten.

Im Applikationszentrum Batterietechnologie wird auch mit industriellen Partnern an der Entwicklung von industrietauglichen Inline-Prüfverfahren für den Elektrodenfertigungsprozess gearbeitet. Dabei werden die Technikumsanlagen und deren Messtechnik dahingehend erweitert, dass Schwankungen und Fehler in Schlickern und Beschichtungen frühzeitig detektiert werden. Somit lässt sich die Qualität der Schlicker- und Folienherstellung kontinuierlich verbessern.

 

Technische Ausstattung (in Kooperation mit ThyssenKrupp)

 

  • EIRICH-Intensivmischer zum Trockenmischen und Dispergieren bis zu 10 kg
  • Temperierter NETZSCH-Planetenmischer zum Dispergieren bis zu 10 kg
  • Trommelaufbereitung
  • Rolle-zu-Rolle-Beschichtungsanlage mit 10 m Trocknungsstrecke (IR und HotPlate), mittels Rakel bis 300 mm Folienbreite (ein- und beidseitig) möglich
  • Inline-Ultraschall-Flächengewichtsmessung und Restfeuchtebestimmung (Karl-Fischer-Titration)
  • Verdichtungskalander mit IR-Strahler

Folienbeschichtung mittels Doctor-Blade auf Rolle.

Schlitzdüsenbeschichtung.