Applikationszentrum Batterietechnologie

From Lab to Fab#

© Fraunhofer IKTS
Elektrodenherstellung für Lithium-Ionen-Batterien im Pilotmaßstab.

Die Reduzierung der Fertigungskosten ist eine Voraussetzung für die zukünftige Verbreitung von Lithium-Ionen-Batterien für die Elektromobilität aber auch für die stationäre Energiespeicherung. Die Technologieentwicklung im Technikumsmaßstab stellt dabei ein entscheidendes Bindeglied zwischen den Grundlagenuntersuchungen im Labor und der industriellen Prozessentwicklung dar und ist für eine erfolgreiche Kommerzialisierung essenziell.

In unserem Applikationszentrum Batterietechnologie betreiben wir eine Pilotlinie zur klassischen nasschemischen Elektrodenfertigung, die der gezielten Vernetzung von Forschungsaktivitäten und industrieller Wertschöpfung dient. In aktuellen Forschungsprojekten wird eine innovative extrusionsbasierte Pilotanlage zur lösungsmittelreduzierten Elektrodenherstellung entwickelt und optimiert (»OptiEx«). Wir sind hier in der Lage, die komplette Li-Ionen-Fertigungskette von der Slurryherstellung und -charakterisierung, über die Elektrodenbeschichtung, Trocknung und Nachverdichtung (Kalandrierung) bis zur Konfektionierung der beschichteten Elektrodenfolien, Assemblierung der Batterie sowie Elektrolytbefüllung und Zellformierung abzubilden und gezielt zu optimieren.

Ein Schwerpunkt liegt auf der Skalierung von Beschichtungs- und Fertigungstechnologien für eine effiziente, ressourcenschonende und reproduzierbare Volumenproduktion von Lithium-Ionen-Batterien. Um die Prozesse zu analysieren und prozessbedingte Wechselwirkungen zu identifizieren, wird auf spezielle Inline- und Offline-Analytik zurückgegriffen.

Inline-Prozesskontrolle#

© Fraunhofer IKTS
Wirbelstromprüfung zur Inline-Überwachung der Elektrodentrocknung.
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Radiographie zur Detektion von dünnen Rissen.

Eine effiziente Prozessüberwachung ist ein entscheidender Baustein, um frühzeitig eine Fertigungsreife im industriellen Maßstab und somit wettbewerbsfähige Systemkosten sicherstellen zu können. Neben einer umfangreichen begleitenden Analytik und Charakterisierung entwickelt das Fraunhofer IKTS auch inlinefähige Prüfsysteme für die produktionsintegrierte Qualitätssicherung für alle relevanten Schritte der Zellfertigung. Auf Grundlage einer langjährigen Kompetenz in der Anwendung zerstörungsfreier Prüftechnologien werden optische, akustische und elektromagnetische Verfahren anforderungsspezifisch für die einzelnen Produktionsschritte adaptiert und integriert.

Im Mittelpunkt stehen dabei die kritischen Parameter in den Prozessschritten:

  • Elektrodenfertigung (Homogenität und Flächenbeladung der Elektroden, unerwünschte Beschichtungsdefekte wie Risse, Agglomerate oder Lunker, Kantenprofile und Verunreinigungen)
  • Elektrolytbefüllung (Füll- und Benetzungsgrad mit Flüssigelektrolyt) von Pouchzellen
  • Zellassemblierung (Beschädigungen, Stapelgenauigkeit, Schweißverbindungen)

Um die dabei gewonnenen Signale verschiedener Sensoren zu korrelieren, werden intelligente Datenbanklösungen aufgebaut. Somit ist es möglich, Fehlermuster zuverlässig zu erkennen und Rohstoff- und Produktionsströme zu optimieren.

Neben der Bearbeitung öffentlich geförderter Verbundprojekte steht das Technikum interessierten Industriekunden aus allen Stufen der Wertschöpfungskette zur Verfügung. Das gemeinsame Serviceangebot umfasst:

  • Durchführung von Materialtests
  • Erprobung und Optimierung etablierter und neuer Material- und Technologiekonzepte
  • Entwicklung, Erprobung und Optimierung integrierter Fertigungskonzepte sowie neuer Anlagenkonzepte im Pilotmaßstab
  • Erprobung von produktionsintegrierten, inlinefähigen Prüfsystemen
  • Up-Scaling und Technologietransfer
  • Machbarkeitsstudien und Beratung