KIT: Forscher entwickeln neuartige Produktionsverfahren für Lithium-Ionen-Batterien

Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist eine sogenannte Forschungsfabrik für die Kleinserien-Produktion von Lithium-Ionen-Zellen angelaufen. In einer 1500 Quadratmeter großen Produktionshalle auf dem Gelände des KIT-Campus Nord wollen die Wissenschaftler neuartige Produktionsverfahren für kostengünstigere und leistungsfähigere Lithium-Ionen-Batterien für mobile und stationäre Anwendungen entwickeln.

"Mit dieser neuartigen Forschungsinfrastruktur gehen wir jetzt daran, noch unreife Produktionsprozesse bereits in einem frühen Stadium zu validieren, zu automatisieren und damit industrietauglich zu machen", erklärt Prof. Dr. Jürgen Fleischer, der mit seinem Team im Rahmen des Projekts namens Competence E am KIT für den Aufbau der Forschungsfabrik und die Produktionsforschung verantwortlich ist. Sowohl für stationäre Speicher als auch für schnellladefähige Fahrzeugbatterien müssen kostengünstige und leistungsfähige Lithium-Ionen-Zellen zum Einsatz kommen, erläutern die Experten. In der Forschungsfabrik sollen einzelne Fertigungsschritte für deren Herstellung vollständig neu entwickelt werden.

Neue Trocknungs-, Beschichtungs- und Kalandriertechniken für Elektrodenmaterialien sowie Assemblierungsverfahren für Zellen sollen gemeinsam mit dem deutschen Maschinen- und Anlagenbau entwickelt werden. So sei mit dem Kooperationspartner M+W Group in Stuttgart ein neuartiges Trockenraumkonzept umgesetzt worden, mit dem Lithium-Ionen-Zellen unter extrem trockenen Umgebungsbedingungen gebaut werden können. Dies komme direkt der Qualität der Zellen zugute. Der Taupunkt, der ein Maß für die Trockenheit der Luft ist, liege mit fast -80 °C an der Grenze der Luftfeuchtemessgeräte und setze damit eine neue Bestmarke in der Fertigung von Lithium-Batterien, heißt es aus Karlsruhe.

Bei der Forschung setzt das KIT auf Kooperationen mit Industriepartnern: Die Kooperationsmöglichkeiten reichen vom einfachen Zugang zur Produktionsinfrastruktur über gemeinsame Entwicklungen bis zu Auftragsforschung und -entwicklung. Die entwickelten Techniken sollen anhand von Testläufen und Kampagnen in größeren Stückzahlen bis zur Produktionsreife getestet werden.

Die Beschaffung der ersten Anlagentechnik der Produktionshalle am Campus Nord erfolgte mit Förderung durch das Bundesministerium für Wirtschaft bereits im Jahr 2012. Im Hinblick auf die Einsatzfelder der Batterien stehen elektrische Nutzfahrzeuge sowie stationäre Speicher für den Privathaushalt und die Industrie im Fokus. Für diese Einsatzfelder wurden parallel zum Aufbau der Forschungsfabrik schon erste Demonstratoren aufgebaut.

Das KIT bündelt alle Arbeiten zur Speicherung elektrischer Energie für mobile und stationäre Anwendungen im Projekt Competence E. Die Fokussierung von 26 Instituten auf das Gesamtsystem "Elektrischer Energiespeicher" soll es ermöglichen, industriell anwendbare kostengünstige Lösungen für stationäre Speichersysteme und elektrische Antriebssysteme der zukünftigen Generationen zu entwickeln.