Batteriezellentwicklung

Prototyp-Zellbau

Das Fraunhofer IWS hat den Anspruch, neue Materialentwicklungen und innovative Zellsysteme in mehrlagige Pouchzellen zu überführen und anwendungsnah zu untersuchen. Die Basis bilden eine flexible Fertigungskette und langjährige Erfahrung im Aufbau von prototypischen Batteriezellen. Elektroden können mit der herkömmlichen Schlitzdüsentechnologie oder auch mit dem Fraunhofer IWS DRYtraec^®-Verfahren hergestellt werden. So bieten wir kundenspezifische Lösungen zur Herstellung von Kleinserien oder Versuchsreihen im Rahmen von Pouchzell-Kampagnen für folgende Zellchemie-Systeme an:

• Lithium-Schwefel
• Solid State Battery (sulfidisch)
• Natrium-Ionen
• Lithium-Ionen 

Elektrodenherstellung

Um eine Bewertung von neuen Materialien in anwendungsnahen Pouchzellen durchführen zu können, ist die Herstellung von Elektroden essentiell. Am Fraunhofer IWS stehen dafür verschiedenen Verfahren und Anlagen zur Verfügung um aus pulverförmigen Ausgangsmaterialien doppelseitig beschichtete Elektroden herzustellen. Die Verarbeitung kann dabei mit flüssigen Lösungsmitteln oder aber auch trocken (DRYtraec^®) durchgeführt werden. Neben der Verarbeitung von Kleinstmengen zu Elektrodensheets ist auch die Herstellung von Elektrodencoils möglich. Mit Fraunhofer IWS Equipment ist es unter anderem möglich, feuchtigkeitsempfindliche Materialien (NCM mit hohem Nickelgehalt, sulfidische Festelektrolyte) als auch spezielle Leitadditive wie Kohlenstoffnanoröhren zu verarbeiten. Weiterhin existieren Methoden um Anoden der nächsten Generation wie dünne Lithium- und kolumnare Si-Dünnschichten mittels physikalischer Abscheidung herzustellen.

Prozessentwicklung zum Aufbau von Lithium-Metall-Pouchzellen

Eine Laserschneidanlage ermöglicht vollautomatisierte Lithiumanodenzuschnitte von der Rolle. Die Anlage ist Teil eines Anlagenkomplexes zur automatisierten Herstellung von Multilagen-Pouchzellen. Durch eine Prozessinnovation gelingt auch der wulstfreie Zuschnitt von Lithium-Anoden – bisher eine Herausforderung in der Herstellung von Lithium-Metall-Batterien. Auch wurde ein innovatives Verfahren zum Laserfügen von Lithiumfähnchen mit dem Ableiter-Tab entwickelt.

Prozessentwicklung zum Aufbau von sulfidischen Solid-State-Batterie Pouchzellen

Für den Aufbau von SSB Pouchzellen mit sulfidischen Elektrolyten werden verschiedene Verfahren angewandt und untersucht. Neben der trockenen Herstellung von Elektroden und Separatoren mit feuchtigkeitsempfindlichen sulfidischen Festelektrolyten, sind auch deren Konfektionierung mittels Laserschneiden, sowie das uniaxiale und isostatische Verpressen, Gegenstand derzeitiger Forschung und Entwicklung. Die Bewertung einzelner Fertigungsschritte kann prozessspezifisch, aber auch ganzheitlich in SSB Pouchzellen erfolgen.

Zelltests

Die Bewertung von Batteriezellen erfolgt nach anwendungsspezifischen Testplänen und unter definierten äußeren Einflüssen. Temperatur und Zelldruck können gezielt eingestellt werden. Ein spezieller Versuchsaufbau erlaubt das Dicken-Monitoring während des Zellbetriebs. Mehr als 300 Kanäle stehen für die Tests zur Verfügung.