Ziele und Ergebnisse

Für eine wirtschaftliche Batteriezellproduktion müssen die produzierten Lithium-Ionen-Zellen eine hohe Qualität und Performance aufweisen. Weiterhin dürfen die Material- und Herstellungskosten nur so hoch sein, dass der Prozess insgesamt profitabel und wirtschaftlich bleibt. Hier setzt das Vorhaben HighEnergy an. Das Projekt soll die Herstellung sehr dicker Elektrodenstrukturen untersuchen, die einen hohen Energiegehalt mit sich bringen. Durch den hohen Energiegehalt soll sich die Reichweite elektrischer Fahrzeuge deutlich erhöhen.

Inhalte und Vorgehensweise

Bei der Herstellung soll das sogenannte Rolle-zu-Rolle-Verfahren zum Einsatz kommen. Ein weiteres Ziel ist die Entwicklung und die Qualifizierung eines deutlich verkürzten Verfahrens für die Stapelbildung mit dicken Elektroden. Neben den praktischen Arbeiten stehen Simulationsrechnungen zur elektrochemischen Funktionalität hochkapazitiver Lithium-Ionen-Zellen im Fokus. Sie dienen dazu, das optimale Design für den Strukturaufbau der Elektroden zu ermitteln. Mit Hilfe der Modelle können Verluste erkannt und gezielt minimiert werden. Im Erfolgsfall wäre es möglich, verbesserte Elektroden mit einem höheren Produktionsdurchsatz und dadurch geringeren Kosten herzustellen.

Das Konsortium plant die Untersuchung der gesamten Prozesskette der Elektrodenfertigung. Es sollen nicht nur grundlegende Erkenntnisse bezüglich der benötigten Materialien wie Binder, Additive und Aktivmaterial erlangt werden, sondern auch hinsichtlich der einzelnen Verarbeitungsschritte zu Elektroden. Der Gesamtprozess soll so erarbeitet werden, dass er ohne Schwierigkeiten auf neue Batteriezell-Generationen wie beispielsweise Lithium-Ionen-Feststoffbatterien oder Lithium-Schwefelbatterien übertragbar ist. Dies soll einen schnelleren Einstieg in neue Zelltechnologien ermöglichen. Die Herausforderung bei der Fertigung sehr dicker Hochenergieelektroden liegt darin, gleichzeitig eine hohe Homogenität, mechanische Stabilität, gute Hafteigenschaften und hohe Elastizität sowie eine entsprechend hohe Zyklenlebensdauer zu realisieren.