Batterietechnik Projekt Ideel: Laser-basierendes Trocknungsverfahren für die Batterieproduktion

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Nach drei Jahren wurde nun das Forschungsprojekt „IDEEL“, kurz für „Implementation of Laser Drying Processes for Economical & Ecological Lithium-Ion Battery Production“ beendet. In Rahmen des Projekts entwickelten Partner aus Wissenschaft und Industrie ein laserbasiertes Trocknungsverfahren für die Batterieproduktion.

Im Rahmen des Programms „Batteriematerialien für zukünftige elektromobile, stationäre und weitere industrierelevante Anwendungen“ wurde das Projekt Ideel initiiert. In diesem wurden Ziele wie die Implementierung von Laser-Trocknungsprozessen für eine wirtschaftlichere Produktion von Lithium-Ionen-Batterien, die Implementierung einer Inline-Sensorik zur kontinuierlichen Temperaturkontrolle für einen geringeren Produktionsausschuss und Prozesssimulation für die schrittweise Skalierung der Prozesstechnologie vom „Proof of Concept“ bis hin zur Demonstration im Industriemaßstab definiert. An dem Projekt beteiligten sich der Lehrstuhl Production Engineering of E-Mobility Components (PEM) der RWTH Aachen, Münster Electrochemical Energy Technology, Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB, Fraunhofer-Institut für Lasertechnik, Laserline Gesellschaft für Entwicklung und Vertrieb von Diodenlasern mbH, COATEMA Coating Machinery GmbH und Optris GmbH. Nun konnte das Projekt abgeschlossen werden.

Neues Verfahren spart Kosten, Energie und CO₂

„Die Elektrodentrocknung im Rolle-zu-Rolle-Verfahren war bislang einer der energie-, kosten- und CO₂-intensivsten Prozesse in der Produktion von Lithium-Ionen-Akkus“, erklärt PEM-Leiter Professor Achim Kampker die Herausforderung. Das soll nun das neue Verfahren in Zukunft ändern. Wie? Die übliche Konvektionstrocknung wird mit einer Lasertrocknung auf Basis von Hochleistungs-Diodenlasern kombiniert. Bei gleichbleibender Ergebnisqualität lassen sich die Trocknungszeiten um mehr als 60 Prozent reduzieren. Am Anfang des Projekts arbeiteten die Partner an neuen Anoden- und Kathodenbeschichtungen mit wässrigen Rezepturen auf Graphit-, Lithium-Eisenphosphat- und Silizium-Graphit-Basis. Das später entwickelte hybride Trocknungsverfahren sei so ausgelegt, dass sich die Vorteile des neuen Prozederes auch bei Bestandsanlagen nutzen lasse, indem sie nachträglich mit Lasermodulen ausgestattet werden.

Bessere Gesamtbilanz der Batterieproduktion

Das Hybridsystem habe sich nach Aussagen des PEM erstmals auf eine Bahngeschwindigkeit von 30 Metern pro Minute skalieren lassen. „Durch den Laser-Booster zu Prozessbeginn wird die erforderliche Ofenlänge halbiert, was wertvolle Prozessflächen spart, den Bedarf an energieintensiven Trockenräumen deutlich verringert und die operativen Kosten insgesamt um 20 bis 30 Prozent senkt“, betont PEM-Leitungsmitglied Professor Heiner Heimes. Der neue Ansatz erlaube wirtschaftlichere und klimaschonendere Verfahren, wodurch sich die ökonomische und ökologische Gesamtbilanz der Batterieproduktion entscheidend verbessere. Experimenten zufolge lasse das neue Verfahren auch im Hinblick auf die Prozessergebnisse keine Nachteile erwarten. „Trotz erhöhter Durchsatzrate ist bei Adhäsion, Restfeuchte, elektrischer Leitfähigkeit und elektrochemischen Eigenschaften eine mindestens gleichwertige Ergebnisqualität gewährleistet“, so Kampker und unterstreicht: „Die Industrietauglichkeit ist damit vollständig nachgewiesen.“ Der im Rahmen des Projekts entwickelte Prozess soll nun in die Arbeit der Fraunhofer FFB in Münster einfließen, die derzeit zu einem Entwicklungszentrum moderner Batteriezellproduktion für Deutschland und seine europäischen Partner ausgebaut wird.  (se)

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