Trockene Fertigung von Lithium-Ionen-Zellen (DryLIZ)

Problemstellung
Die industriellen Herstellung und Verarbeitung der hoch reaktiven Elektrodenwerkstoffe für die Lithium-Ionen-Zellfertigung basiert derzeit auf dem Auftrag lösemittelbasierter Elektrodenwerkstoffen und deren Weiterverarbeitung in Trockenräumen. Diese beiden Faktoren tragen entscheidend zu den derzeit noch sehr hohen Kosten der Lithium-Ionen-Zellfertigung bei. Effektivere, kostengünstigere und umweltschonendere, aber dennoch serientaugliche Verfahren und Systeme existieren dafür bisher noch nicht.

Projektziele
Wesentliches Ziel dieses Projektes war die Untersuchung von Beschichtungsprozessen, die ohne organische Lösungsmittel auskommen. Neben Kosteneinsparungen werden dadurch Umwelt- und Sicherheitsaspekte verbessert. Leistung und Stabilität der Zellen werden entscheidend vom Lösemittel beeinflusst.
Die geforderte Produktivität verlangt eine kontinuierliche Trocknung und damit große Trockenräume zur Aufnahme der kompletten Produktionsanlagen. Im Projekt haben die industriellen und institutionellen Partner gemeinsam die Entwicklung einer modularen Lösung zur direkten Integration der Klimatechnik in Fertigungsstrassen vorangetrieben. Die hohen Kosten zur Gewährleistung der gegenwärtig in der Zellfertigung erforderlichen Raumklimatisierung sollten dadurch mindestens halbiert werden.

Vorgehensweise
Folgende Prozessschritte wurden im Rahmen des Projektes bevorzugt betrachtet:
(a) qualitätsgerechte Elektrodenbeschichtung mit wasserbasierten Elektrodenwerkstoffen im Rolle-zu-Rolle-Verfahren, Untersuchungen zum Einfluss des Trocknungsprozesses (Zeit, Temperatur und Druck) auf das Beschichtungsergebnis und die Zelleigenschaften, Verkürzung der Durchlaufzeiten und Senkung des Energiebedarfs
(b) qualitätsgerechte trockene Elektrodenbeschichtung im Rolle-zu-Rolle-Verfahren, Bildung völlig neuartiger Elektrodenwerkstoffe mit Netzstruktur, Verkürzung der Durchlauf-zeiten und Senkung des Energiebedarfs
(c) Elektroden- und Zellcharakterisierung zur Evaluierung der Fertigungsschritte und der erforderlichen Arbeitsatmosphäre
(d) Demonstration neuartiger Lösungen zur Integration der Klimatechnik in die automatisierte, großserientaugliche Fertigung
(e) Erstellen eines durchgängigen Materialtransport- und Steuerungskonzeptes
(f) Evaluierung des Klima- und Steuerungskonzepts am Teilschritt Konfektionieren der Ausgangsmaterialien (Elektroden, Separatoren) im Rolle-zu-Sheet-Verfahren durch mechanisches Trennen und/oder Remote-Laserstrahlschneiden on the fly, Erlangung und Gewährleistung der erforderlichen Schnittqualität, Zeit- und Kostenoptimierung.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Die im Rahmen des Projektes entstandenen Lösungen und Demonstratoren für das lösungsmittelfreie Beschichten sowie das Trennen und Transportieren von Folien in trockener Atmosphäre besitzen hohes Potenzial für eine breite Nachnutzung. Die beteiligten Partner stärken ihre technischen und technologischen Kompetenzen in den Bereichen innovative Materialent-wicklung (funktionale Vliese), Gestaltung von Baugruppen in trockener Umgebung, Handling von folienartigen Werkstücken (Rolle und Nutzen) in trockener Umgebung sowie Einstellung und Überwachung definierter Arbeitsatmosphären im automatisierten Produktionsumfeld. Die wissenschaftlichen Erkenntnisse fließen in die Ausbildung von Naturwissenschaftlern und Ingenieuren ein.

• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
• KAMA GmbH
• Norafin Industries (Germany) GmbH
• SITEC Industrietechnologie GmbH
• ULT AG