Industrielle Fertigungstechnologien für Lithium-Ionen-Zellen (LiBTechnikum)

Problemstellung
Schwerpunkte der Forschung an Lithium-Ionen-Zellen liegen oft auf der Entwicklung und Präparation der Ausgangsmaterialien und Evaluierung dieser Materialien in Form von Testzellen, weniger auf der Fertigungstechnik zur Herstellung großflächiger und reproduzierbarer Lithium-Ionen-Zellen in hoher Stückzahl. Aber gerade die Lösung von fertigungstechnischen Problemen ist wesentlich zur Verarbeitung neuer Hochenergie-Materialien für die nächste Generation von Lithium-Batterien. Die während der Zyklisierung auftretenden Schwankungen im Volumen im Aktivmaterial begrenzen die Lebensdauer enorm. Zur großtechnischen Herstellung von Elektroden und Zellen aus diesen Materialien wird innovative Oberflächentechnik benötigt.
Projektziele
Im Rahmen des Projektes wurden Anlagen zur kontinuierlichen Bahnbeschichtung und Herstellung von Halb- und Vollzellen konzipiert und 2011 in Betrieb genommen. Aus kontinuierlich hergestellten Lithium-Ionen-Elektroden wurden erste Zell-Demonstratoren aufgebaut. Im Technikum werden weiterhin Experimente durchgeführt, um die Wirkung der eingesetzten Beschichtungstechnik auf die elektrochemische Performance und Sicherheit der hergestellten Demonstratoren zu untersuchen. Aus den Ergebnissen wurden Verbesserungen der Beschichtungstechnik identifiziert und umgesetzt, um optimierte Vollzellen aufzubauen.
Vorgehensweise
Das Projekt hat sich in folgende Phasen untergliedert: Zunächst erfolgte die Konzipierung und der Aufbau der Anlagen zur Zellherstellung. Das LiB-Technikum umfasst neben der Slurry-Präparation eine kontinuierliche Beschichtungslinie sowie angeschlossene Module zum Aufbau von Zellen im flachen Pouch-Format. Zur Inbetriebnahme der Anlagen wurden Vollzellen als Demonstratoren mit Kapazitäten von 330 mAh bis zunächst 5 Ah aufgebaut. In gezielten Beschichtungsversuchen wurden Parameter der Elektrodenherstellung zu elektrochemischen Kenngrößen der Vollzellen korreliert. Optimierte Lithium-Ionen-Zellen werden bis Ende 2011 aufgebaut.
Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Die im Projekt „LiB-Technikum“ erzielten Ergebnisse dienen der Optimierung der Fertigungstechnologie von Lithium-Ionen-Zellen und sichern das Innovationspotential für Lithium-Ionen-Zellen der nächsten Generation. Die experimentell ermittelten Forschungsergebnisse haben für die Robert Bosch GmbH eine hohe strategische Bedeutung. Die im Verlauf des Projektes gewonnenen Kenntnisse und Fähigkeiten finden Eingang in entsprechende Forschungsprojekte der Robert Bosch GmbH (bzw. mit Bosch verbundenen Unternehmen). Sie dienen dem Aufbau von produktionstechnischem Know-how in Deutschland für die Herstellung von Lithium-Ionen-Elektroden, was die Voraussetzung für eine hochqualitative Zellfertigung ist. Bosch baut in Eisenach eine Pilotanlage für die Erforschung von Materialien und Fertigungsverfahren für künftige Generationen von Lithium-Ionen-Zellen auf. Eine spätere Industrialisierung ist für Schiffsanwendungen vorgesehen. Die BOSCH Forschung und Vorausentwicklung wird diese Aktivität unterstützen. Eine Vorstellung des Projektes ¿LiB-Technikum¿ erfolgt am 09.11.2011 in Dresden im Rahmen des Abschlusskolloquiums Produktion für Elektromobilität. Eine Darstellung der Aktivität im Internet ist geplant.

• Robert Bosch GmbH