Skalierbare, kostengünstige Fertigungstechnologien für Kompositkathoden und Elektrolytseparatoren in Festkörperbatterien

Das Ziel des Gesamtvorhabens ARTEMYS ist es, geeignete Prozesstechnologien für die Herstellung von vollkeramischen Festkörperbatterien (insbesondere Kompositkathode und Festelektrolytseparator) zu erarbeiten, diese bezüglich ihrer Skalierbarkeit zu bewerten und mit den geeigneten Technologien Musterzellen im Labormaßstab zur Validierung darzustellen. Somit wird sowohl eine prozesstechnologische als auch kostenbasierte Entscheidungsgrundlage für eine potenziell nachfolgende Industrialisierung gelegt. Zum Erreichen dieses Ziels des Gesamtvorhabens wird von der Firma Rehm Thermal Systems das im Folgenden beschriebene Teilprojektziel angestrebt.

Es werden gesinterte Kompositkathoden auf Basis von skalierfähigen Formgebungsprozessen der keramischen Industrie entwickelt. Nach den grundlegenden Versuchen zum Sinterverhalten sowie zu den elektrischen und elektrochemischen Eigenschaften werden von der Firma Rehm basierend auf den Ergebnissen des Fraunhofer IKTS die Randbedingungen für die Sinterprozesse und die dazugehörige Anlagentechnik ausgearbeitet. Ziel ist es, zuerst materialschonende Temperatur-Zeit-Profile im Bereich von 700 bis 900 °C, basierend auf einer umfangreichen Vorstudie, zu definieren.

Besondere Aufmerksamkeit verdient hier der Ausbrand der organischen Bestandteile, bei dem zwangsläufig mit der Entstehung von Kohlendioxid gerechnet werden muss, das mit dem stark alkalischen Hilfselektrolyten zu Lithiumcarbonat reagieren kann und folglich diesen degradiert. In den Prozess der thermischen Behandlung und in die zu entwickelnde Anlagentechnik sind deshalb geeignete Maßnahmen zur Abführung von Kohlendioxid aus der Ofenatmosphäre zu integrieren.

Im nächsten Schritt dieses Teilprojektes wird von der Firma Rehm ein Ofenaggregat für den Batchbetrieb entwickelt, das die evaluierten Randbedingungen und Prozessbesonderheiten berücksichtigt. Zum Abschluss dieses Teilvorhabens werden mit diesem Ofen weitere Versuche mit darstellbaren Sinterprofilen und Atmosphären realisiert und aus diesen Ergebnissen Randbedingungen für die Auslegung kontinuierlicher Ofenanlagen im industriellen Maßstab abgeleitet.