Lithium-Ionen-Batterien

Keramische Materialien und Technologien sind wesentliche Bestandteile aktueller Lithium-Ionen-Batterien und werden auch für die nächsten Generationen eine Schlüsselrolle spielen. Am Fraunhofer IKTS wird diese Entwicklung gezielt bis in den Technikumsmaßstab geführt, um einen schnellen Transfer der Ergebnisse aus den Grundlagenuntersuchungen im Labor in die industrielle Prozessentwicklung sicherzustellen.

Das Fraunhofer IKTS nutzt seine keramische Expertise, um insbesondere an der Synthese und Aufbereitung von Aktivmaterialien und Separatorkomponenten zu arbeiten und deren Weiterverarbeitung bis zu Batterieelektroden zu verfolgen. Darüber hinaus stehen zahlreiche Methoden zur Charakterisierung der Struktur, des elektrochemischen Verhaltens und der Alterung der Elektroden im Batteriebetrieb zur Verfügung. Dadurch ist es gelungen, ein umfassendes Verständnis über das Zusammenwirken von Herstellbedingungen und Zuverlässigkeit der Batterie zu erlangen.

Das jahrzehntelange Know-how in der Entwicklung keramischer Werkstoffe und Technologien sowie in der materialanalytischen und elektrochemischen Charakterisierung ist dabei der Garant für neue wirtschaftliche Strategien. Dies betrifft zum einen die Material-, Prozess- und Anlagenentwicklung und zum anderen die Bereitstellung wegweisender Zellkonzepte für mobile und stationäre Anwendungen.

Neben den genannten Werkstoff- und Technologiekompetenzen besitzt das Fraunhofer IKTS umfangreiches Know-how im Bereich der Wertstoffrückgewinnung und Kreislaufwirtschaft. Mit der Entwicklung von effizienten Recyclingkonzepten für Lithium-Ionen-Batterien trägt es dazu bei, dass Energiespeicher nicht nur technisch-wirtschaftlich überzeugen, sondern auch im Hinblick auf eine umweltfreundliche und nachhaltige Produktion.

Themen#

Materialentwicklung

Die Entwicklung wettbewerbsfähiger Lithium-Ionen-Batterien beginnt mit der Synthese und Aufbereitung maßgeschneiderter Pulver. Das Fraunhofer IKTS bietet sämtliche Verfahren, um Batteriepulver und ihre chemischen Vorprodukte zu modifizieren, zu konfektionieren und hinsichtlich der Pulvereigenschaften zu charakterisieren.

Technologieentwicklung

Für die Fertigung von Lithium-Ionen-Batterien werden neue Prozesse und ein Verständnis der Wertschöpfungsketten benötigt. Das Fraunhofer IKTS verfügt über umfangreiches Know-how im Umgang mit Misch-, Charakterisierungs-, Beschichtungs-, Trocknungs- und Formierungstechnologien. Eine weitere Kompetenz besteht in der Entwicklung von neuen Zelldesigns.

Charakterisierung auf Zellebene

Mittels elektrochemischer Messmethoden und der Charakterisierung von Zellperformance und Lebensdauer werden Material- und Technologieentwicklungen bewertet. Das Fraunhofer IKTS kann zudem Alterungs- und Fehlermechanismen mit Post-Mortem-Analysen analysieren und mit modernen Simulationstools das thermische Management optimieren.

Applikationszentrum Batterietechnologie

In unserem Applikationszentrum Batterietechnologie können Technologien im Hinblick auf eine industrielle Fertigung erprobt und skaliert werden. Für eine produktionsintegrierte Qualitätssicherung werden zerstörungsfreie Prüftechnologien anforderungsspezifisch für die einzelnen Produktionsschritte adaptiert und integriert.

 

Applikationszentrum Stoffliches Recycling

Energiespeicher müssen nicht technisch-wirtschaftlich, sondern auch aus ökologischer Sicht überzeugen. Das Fraunhofer IKTS verfolgt verschiedene Ansätze für eine wirtschaftliche Kreislaufführung von Batteriekomponenten.

Vorlaufforschung

Auf Basis bestehender Technologien erforscht das Fraunhofer IKTS neue Materialien und Produktionsmethoden, die sowohl in Bereich der Elektromobilität als auch in weiteren Industriezweigen zum Einsatz kommen sollen. Einen Schwerpunkt bilden dabei Festkörperbatterien.

 

Kooperationsmodelle
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Innovation und Entwicklung sind Bausteine für eine erfolgsversprechende Unternehmenszukunft. Um Wettbewerbsvorteile zu generieren, bietet Fraunhofer maßgeschneiderte Kooperationsmöglichkeiten für die bestmögliche Form der Zusammenarbeit für kleine und mittlere Unternehmen. Damit können Entwicklungskompetenzen von Kunden kurzfristig und bedarfsorientiert abgerufen und genutzt werden.