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KIT: Neues Beschichtungsverfahren erhöht Produktionsgeschwindigkeit
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Autor: Alexander Lütkehaus
Veröffentlicht am: 02.08.2019
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Ein neues Beschichtungsverfahren des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) ermöglicht eine schnellere Herstellung von Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien. Zudem sollen die Qualität erhöht und die Produktionskosten gesenkt werden können.
Für die Elektrodenherstellung wird das Elektrodenmaterial als dünne Paste auf eine Kupfer- oder Aluminiumfolie aufgebracht. Die Beschichtung wird durch Ableitungsabschnitte unterbrochen, was zu schwierigen Bedingungen bei der Produktion führt. Besonders wenn deutliche Kanten und eine hohe Geschwindigkeit realisiert werden sollen kommt es schnell zum Verschmieren des Materials. Durch einen hohen Ausschuss und geringe Produktionsgeschwindigkeiten seien die Produktionskosten aktuell höher, als sie eigentlich sein könnten, so Professor Wilhelm Schabel vom KIT.
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Es bestehen drei Prozessführungen, die sich hinsichtlich der zeitlichen Reihenfolge von Mischen (Trockenmischen) und Dispergieren (Nassmischung) unterscheiden. Es sind somit mehrere Mischer notwendig, um ein optimales Zwischenprodukt zu erlangen. Für Anode und Kathode ergeben sich unterschiedliche Rezepturen. Entscheidender Unterschied sind die Aktivmaterialien. Bei der Anode wird überwiegend Grafit verwendet, während bei der Kathode Lithiumverbindungen eingesetzt werden. Zusätzlich zu den Aktivmaterialien werden Leitruße, Lösungsmittel, Binder sowie Additive beigemengt.
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Der Fortschritt des KITs liegt in dem Einsatz einer schwingenden Membran anstatt eines mechanischen Ventils in der Einspritzdüse, wodurch das Starten und Stoppen dynamisiert werden kann. Diese ermöglicht deutlich höhere Produktionsgeschwindigkeiten von bis zu 150 m pro Minute, so Doktorand Ralf Diem vom KIT. Bisher sind Geschwindigkeiten auf 30–40 m pro Minute begrenzt. Die Technologie soll jetzt vom Labor in die industrielle Produktion überführt werden. Für den gesamten Produktionsprozess müssen weitere Produktionsschritte wie die Trocknung angepasst werden, um größere Mengen erfassen zu können oder höhere Trocknungsgeschwindigkeiten zu erreichen. Auch bei den Trocknungsgeschwindigkeiten konnten bereits erste Erfolge erreicht werden. Hieran wird weiter vom KIT aber auch im Forschungscluster ProZell II geforscht. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen zudem in das Exzellenzcluster Post Lithium Storage (POLiS), in dem vom KIT und der Universität Ulm Batterien der Zukunft entwickelt werden sollen.
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Quellen:
https://www.kit.edu/kit/pi_2019_103_batterieproduktion-in-rekordgeschwindigkeit.php
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