Batterieproduktion – Laserlicht statt Ofen-Trocknung und Vakuum-Technologie

Forscher der Fraunhofer-Institute IKTS und ILT konnten den Energieverbrauch beim Trocken der nass-chemisch aufgebrachten Schichten mit Hilfe eines laserbasierten Inline-Trocknungsmoduls halbieren / Bildquelle: Fraunhofer ILT, Aachen

Im wahrsten Sinne um Watt geht es dem Dresdner Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS und dem Aachener Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT. Im Mittelpunkt des gemeinsamen Projekts DRYLAS – Energieeffiziente, laserbasierte Trocknung von Elektrodenbeschichtungen für Lithium-Ionen Akkumulatoren steht die energieeffiziente Trocknung von Elektrodenschichten, sogenannten Slurries, die während der Batterieproduktion nass-chemisch auf die stromleitenden Metallfolien aufgebracht werden. Bisher kommen Durchlauföfen zum Einsatz, welche die in den Slurries enthaltenen Lösemittel während der Trocknung entfernen. Dr. Dominik Hawelka, Wissenschaftler am Fraunhofer ILT, bringt die Motivation für das Forschungsprojekt auf den Punkt: Der Energieeintrag in die Schichten gestaltet sich in diesen Öfen im Vergleich zu der Energieeinbringung mittels Laserstrahlung nicht besonders energieeffizient. Daher setzen die Wissenschaftler hier auf das Werkzeug Licht.

m BMBF-Förderprojekt ProSoLitBat entsteht eine Rolle-zu-Rolle-Prozesskette zur kontinuierlichen Herstellung von Lithium-Festelektrolyt-Batterien / Bildquelle: Fraunhofer ILT, Aachen. 

Die beiden Institute haben als Alternative einen Inline-Prozess entwickelt, der sich bereits bei ersten Tests mit ihrem Faserlaser-Trocknungsmodul in einer sogenannten Rolle-zu-Rolle-Anlage des Fraunhofer IKTS in Dresden bewährt hat. Die Laserstrahlung wurde direkt in die Slurries eingebracht um sie so wesentlich effizienter zu trocknen. Der Trocknungsprozess kommt etwa mit der Hälfte der sonst beim Durchlaufofen notwendigen Energie aus. Die beiden Institute wiesen außerdem nach, dass sich mit den faserlasergetrockneten Elektroden Batteriezellen aufbauen lassen, die genauso einwandfrei funktionieren wie konventionell im Durchlaufofen behandelte Komponenten.

Das Fraunhofer ILT nutzt seine Kompetenz in Sachen Lasertechnik aber auch hautnah zur Realisierung photonischer Prozess- und Anlagentechnik im BMBF-Förderprojekt ProSoLitBat, das die SCHMID Energy Systems GmbH aus Dunningen koordiniert. Im Mittelpunkt steht die industrielle, kontinuierliche Produktion von Lithium-Festkörperbatterien in Dünnschichttechnik. Das Ziel des bis 2017 laufenden Projekts ist eine sogenannte Rolle-zu-Rolle-Prozesskette als Alternative zu dem bisher eingesetzten Vakuumverfahren. Das diskontinuierlich arbeitende Vakuumverfahren ist äußerst aufwändig und kostenintensiv. Im Gegensatz dazu lassen sich durch eine kontinuierliche Fertigung signifikant höhere Stückzahlen zu geringeren Kosten produzieren, wodurch die Lithium-Feststoffbatterien deutlich breitere Anwendungsmöglichkeiten finden werden, so Dipl.-Ing. Christian Hördemann, Wissenschaftler am beteiligten Fraunhofer ILT. Das Institut hat eine erste unter Schutzgasatmosphäre arbeitende Versuchsanlage aufgebaut, mit der Batterien mit integriertem Ultrakurzpulslaser konfektioniert werden können. Die Firma SCHMID Energy Systems soll den in Aachen entstandene Prozess zur Serienreife bringen.

Details zu beiden Projekten erfahren Sie in Stuttgart auf dem Stand der Fraunhofer-Allianz Batterien (Halle C2-B 41) im Ausstellungsbereich BATTERY+STORAGE auf der WORLD OF ENERGY SOLUTIONS, der internationalen Messe und Konferenz für das Zusammenwachsen von Energieerzeugung, Speichersystemen und Mobilitätslösungen vom 12. bis zum 14. Oktober 2015.

http://www.ilt.fraunhofer.de