Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB
Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB

Elektrodenproduktion und Validierung für S-ALD-Beschichtungen

Situation und Motivation

Die Fraunhofer FFB arbeitet im Referenzprojekt mit dem niederländischen Technologieunternehmen Kalpana Systems zusammen, um die Superspatial Atomic Layer Deposition (S-ALD) in der Batteriezellfertigung zu validieren. Mit diesem innovativen Verfahren lassen sich Elektroden besonders schnell und kosteneffizient mit S-ALD beschichten.

Ein vielversprechendes Anwendungsfeld ist die Erzeugung künstlicher Passivierungsschichten (SEI) auf Anoden, die entscheidend für die Stabilität und Ladefähigkeit von Batteriezellen sind. Ziel des Projekts war es, die S-ALD Beschichtung zu erproben und die Wirkung auf Zellebene zu bewerten.

Herangehensweise

Die Fraunhofer FFB übernahm die Auswahl geeigneter Elektrodenrezepturen, die Materialbeschaffung sowie die Herstellung von Graphit-basierten negativen Elektroden (Slurry-Mischen und Slot-Die-Beschichtung). Auf die beschichteten Elektrodenfolien wurde anschließend durch Kalpana im Roll-to-Roll-Verfahren eine S-ALD-Schicht aufgetragen. Im Anschluss analysierte die Fraunhofer FFB optische, mechanische und elektrische Eigenschaften der Proben. Für die elektrochemische Validierung wurden Knopfzellen mit S-ALD-beschichteten negativen Elektroden und NMC-basierten positiven Elektroden hergestellt und umfassend charakterisiert. Dazu gehörten Langzeit- und Schnelllade-Tests (C-Rate), um Stabilität und Performance zu bewerten.

Ablauf

  1. Auswahl einer geeigneten Anodenrezeptur und Materialbeschaffung
  2. Herstellung von Anodenmaterialien (Slurry-Mischen und Beschichtung)
  3. Bereitstellung der Materialien für die R2R-S-ALD-Beschichtung durch Kalpana Systems
  4. Analyse der beschichteten Materialien, z. B. hinsichtlich elektrischer Leitfähigkeit
  5. Herstellung und elektrochemische Charakterisierung von Knopfzellen
  6. Durchführung von Langzeit- und Schnelllade-Tests zur Untersuchung von Stabilität und Ladefähigkeit
© Fraunhofer FFB

Ergebnisse

Die Ergebnisse belegen die Machbarkeit und das Potenzial des Ansatzes. Erste Erfahrungen konnten gesammelt und weitere Optimierungsfelder identifiziert werden. Mit einer Übertragung in die FFB PreFab besteht künftig die Möglichkeit, die S-ALD-Technologie weiter zu skalieren und für die Batterieindustrie nutzbar zu machen.

Zusammenfassung

  • Erfolgreiche Beschichtung und erste Validierung von Anodenmaterialien im R2R-S-ALD-Prozess
  • Nachweis des Potenzials für den industriellen Einsatz auf Zellebene
  • Identifikation weiterer Optimierungsfelder für Prozess und Materialeinsatz
  • Grundlage geschaffen für eine mögliche Skalierung der Technologie im Batteriebereich mithilfe der »FFB PreFab«
Projektpartner

Kalpana Systems

Kalpana Systems ist ein Technologieunternehmen mit Sitz in Rotterdam (Niederlande), das innovative Lösungen im Bereich Dünnschichtbeschichtung entwickelt. Der Schwerpunkt liegt auf der Weiterentwicklung und Industrialisierung von Atomlagenabscheidung (ALD). Mit dem Verfahren der Superspatial ALD (S-ALD) ermöglicht Kalpana besonders schnelle und kosteneffiziente Beschichtungen für Anwendungen in Batterietechnologie, Photovoltaik, organischer Elektronik und nachhaltiger Verpackung.