Die Elektrodentrocknung im Rolle-zu-Rolle-Verfahren ist einer der kosten- und CO2-intensivsten Fertigungsschritte in der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien. Das könnte sich ändern.
Mit dem im Projekt entwickelten Demosntrator wurde der Trocknungsprozess auf industrietypische Vorschubgeschwindigkeiten hochskaliert.
Laserline GmbH
Das Forschungsprojekt IDEEL hat ein lasergestütztes Rolle-zu-Rolle-Verfahren entwickelt, das die für die Trocknung der Elektrode benötigte Zeit um über 60 % reduziert und eine Bahngeschwindigkeit von 30 m/min realisiert. Laut einer Mitteilung der am Projekt beteiligten Laserline GmbH wurde dafür eine herkömmliche, ofenbasierte Konvektionstrocknung mit einer Lasertrocknung auf Basis von Hochleistungs-Diodenlasern kombiniert.
Durch einen Laser-Booster zu Prozessbeginn halbiert sich zudem die erforderliche Ofenlänge. Die operativen Kosten des Trocknungsprozesses sollen so insgesamt um 20 bis 30 % sinken. Durch den reduzierten Ofenbetrieb bei gleichzeitiger Anlagennutzung bis zum Ende der Lebensdauer optimiert sich außerdem die CO2-Bilanz. Der neue Ansatz soll somit wirtschaftlichere und klimaschonendere Verfahren ermöglichen.
Neue Werkstoffe konzipiert
Schwerpunkt der Forschungskooperation war zunächst die Entwicklung eines geeigneten Lasertrocknungsverfahrens. Hierzu wurden eigens für den Lasereinsatz neue Werkstoffe zur Anoden- und Kathodenbeschichtung konzipiert und wässrige Rezepturen auf Graphit-, Lithium-Eisenphosphat- und Silizium-Graphit-Basis erprobt. Als Wärmequelle diente ein Diodenlasersystem mit einem elektrischen Wirkungsgrad von mehr als 50 %.
Auf dieser Grundlage entstand eine modulare Lasertrocknungseinheit mit Luftkonzept und Doppelkammer-Breitschlitzdüsen zum Auftrag der wasserbasierten Batteriepasten. Innerhalb dieses Demonstrators wurde der Trocknungsprozess auf industrietypische Vorschubgeschwindigkeiten hochskaliert und die Prozesskonfiguration validiert.
Projektpartner
Zu den Partnern im Projekt gehörten das Production Engineering of E-Mobility Components der RWTH Aachen University, die Coatema Coating Machinery GmbH, die Optris GmbH & Co. KG, das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik, das Münster Electrochemical Energy Technology Batterieforschungszentrum der Universität Münster sowie die Fraunhofer-Forschungsfertigung Batteriezelle.
