Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
Herstellung von Elektroden und Batteriezellen
Die Herstellung von Batteriezellen umfasst eine komplexe Prozesskette vom Pulver bis zur Zelle. Zwischen den einzelnen Prozessschritten bestehen vielfältige Wechselwirkungen. Änderungen einzelner Prozessschritte führen daher oft zu Änderungen entlang der gesamten Kette. Dies gilt umso stärker, je weiter am Anfang der Kette der jeweilige Schritt angeordnet ist. Der Einsatz neuartiger Materialien etwa erfordert im Allgemeinen mindestens die Entwicklung angepasster Komponenten und dazu passender Zellkonzepte. Das Fraunhofer IFAM setzt daher stets auf die vollständige Betrachtung aller Aspekte – vom Pulver bis zur Zelle.
Elektrodenherstellung
Die Performance elektrischer Energiespeicher wird ganz entscheidend von der Beschaffenheit der Elektroden beeinflusst. Nach heutigem Stand der Technik erfolgt deren Herstellung mittels Foliengießverfahren, bei dem fließfähige Massen aus Aktivmaterial, Leitfähigkeitsadditiven und Binder auf elektrisch leitende Trägermaterialien aufgebracht werden. Die Prozesskette von den Ausgangsmaterialien bis zur einsatzfähigen Elektrode umfasst die Verfahrensschritte Mischen und Dispergieren, den Nassauftrag selbst, die anschließende Trocknung und ggf. Kalandrierung (Verdichtung). Jeder einzelne Schritt muss dabei an die eingesetzten Materialen angepasst und hinsichtlich der Zielvorgaben und Anforderungen an die Elektrode optimiert werden.
Neue Materialien und Batterietechnologien erfordern häufig die Entwicklung neuer Herstellungsverfahren und Prozesse. Dazu forschen und entwickeln wir in den Bereichen
- Misch- und Beschichtungstechnik inkl. Skalierbarkeit
- Rezeptentwicklung und Pastenformulierung für Foliengießverfahren und Drucktechnologie (gedruckte Batterien)
- PVD/CVD-Verfahren (physikalische und chemische Gasphasenabscheidung): Dünnschichtelektroden, Legierungsanoden, Li-freie Anodenkonzepte
- Formgebungsverfahren unter Inert-Bedingungen z.B. mittels Extrusion (Festköperlabor)
- Herstellung dreidimensionaler Gasdiffusionselektroden mit angepassten Benetzungseigenschaften
Der Verarbeitungsmaßstab richtet sich dabei nach den eingesetzten Materialien und der Art der Fragestellung.
