Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB
Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB
© Erfan Afshari/ Unsplash

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IDEEL: »Implementation of Laser Drying Processes for Economical & Ecological Lithium Ion Bettery Production«

Kurzbeschreibung

 

Das Ziel des Forschungsvorhabens IDEEL ist die Entwicklung und Skalierung eines laserbasierten Trocknungsprozesses für die ökonomische Herstellung von Batteriehalbzellen auf Basis von lösungsmittelbasierten Elektrodenslurries im industriellen Maßstab. 

Arbeitsplan

Der Arbeitsplan ist insgesamt in drei Arbeitspakete unterteilt:

  1. Im ersten Arbeitspaket erfolgt die Entwicklung eines angepassten Materials, für eine laserbasierte Prozessierung. Dieses Material wird in ersten Versuchen auf einer kontinuierlichen Beschichtungsanlage und mit einem speziell dafür ausgelegten Lasersystem getrocknet und anhand der Trocknungsergebnisse validiert. Diese Untersuchungen werden bei geringen Bandgeschwindigkeiten von bis zu 1 m/min durchgeführt.
  2. Im zweiten Schritt wird das entwickelte Materialsystem sowie das Lasertrocknungsmodul auf eine Erprobungslinie übertragen. Hier können Bandgeschwindigkeiten von bis zu 10 m/min bei einer Beschichtungsbreite von 300 mm realisiert werden. An dieser Stelle finden die Prozessentwicklung und Skalierung der Lasertrocknung statt. Parallel wird der Beschichtungsprozess weiterentwickelt und optimiert, um auch bei hohen Bandgeschwindigkeiten eine gleichbleibende Qualität der Elektroden zu gewährleisten. Da mit steigender Bandgeschwindigkeit auch die Menge an verdampftem Lösungsmittel zunimmt, wird ein Konzept zur Absaugung entwickelt und Prototypen erstellt. Die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen werden in einem Korrelationsmodell zusammengeführt.
  3. Im dritten und letzten Arbeitspaket wird der Trocknungsprozess schließlich auf einen industriellen Maßstab gehoben, bei Bandgeschwindigkeiten von bis zu 30 m/min und einer Beschichtungsbreite von 500 mm. Um eine vollständige Trocknung zu gewährleisten, wird ein zweites Lasermodul entwickelt und implementiert. Eine neuartige Thermokamera zur Prozessüberwachung erlaubt dabei die genaue und schnelle Regelung des Lasertrocknungsprozesses, um eine gleichbleibende Trocknungsqualität sicherzustellen. Die Ergebnisse fließen am Ende in Form eines Demonstrators zusammen. 

Ergebnisverwertung

Die Erfolgsaussichten seitens der Fraunhofer-Gesellschaft am Verbundvorhaben IDEEL sind zum einen die wirtschaftlichen Verwertungsmöglichkeiten der erzielten Forschungsergebnisse. Das gilt einerseits für den deutschen Maschinenbau und assoziierte Branchen, durch neu entstehende Kooperationen und Industrieaufträge. Andererseits bestehen Möglichkeiten zur wissenschaftlichen Verwertung der Erkenntnisse in Form von Vorträgen, Veröffentlichungen und Patenten.

Durch das zunehmende Wachstum und die steigenden Anforderungen an die Batteriezellproduktion, wird der Bedarf an Prozessierungstechnologien und Prozess-Know-How in den nächsten Jahren voraussichtlich weiter zunehmen. Mit der Entwicklung neuer Anlagentechnologien und dem Aufbau der Standorte FFB in Münster und dem ILT in Aachen können weitere Projekte akquiriert und die Entwicklung laserbasierter Verfahren in der Batterieproduktion vorangetrieben werden.

Die Batterieproduktion am Standort Deutschland gewinnt zunehmend an Relevanz, so kommen dabei sowohl öffentlich geförderte als auch Industrieprojekte in Frage. Im Zuge des Projekts wird ein tiefgreifendes Verständnis von physikalischen Prozessen der laserbasierten Trocknung aufgebaut und veröffentlicht. Darüber hinaus kann dieses Verständnis auf andere Technologiefelder wie z.B. das Trocknen in der Papierdruckindustrie, das Laserfügen von Thermoplastkunststoffen und die Wärmebehandlung von Stählen übertragen werden. Dadurch eröffnet sich für die Fraunhofer-Gesellschaft eine Vielzahl an wissenschaftlichen Anschlussmöglichkeiten.