Optimierte Herstellungsverfahren für High-Load Elektroden auf Basis von Extrusionsprozessen

Im Rahmen des Forschungsvorhabens OptiEx soll eine Kostenreduktion über die Entwicklung und Skalierung eines innovativen, ressourcenschonenden Prozesses zur Elektrodenherstellung realisiert werden. Dabei gilt es deutlich geringere Lösemittelmengen (<80%) und niedrigere Energiebedarfe (ca. <50%) für die Trocknung der hochviskosen Batteriesuspensionen zu erreichen. Das Projekt zielt im Wesentlichen darauf ab eine Pilotanlage zur kontinuierlichen Mischung und Folienextrusion für Anoden- und Kathodenmaterialien sowie weiterführende Untersuchungen von Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen auf Basis des im ProZell-Vorprojekt HiLo entwickelten Laborprozesses aufzubauen und in Betrieb zu nehmen.

Um einen stabilen Anlagenbetrieb mit konkurrenzfähigen Beschichtungsgeschwindigkeiten zu entwickeln werden diverse Teilaspekte optimiert. Dazu zählen die Dosierung der Materialien, die Direktbeschichtung der Pasten auf den Stromsammler und eine reproduzierbare Formgebung mit hinreichender Schichtdicke über Breitschlitzdüsen. Hierfür sind prozessbegleitende rheologische Analysen und Anpassungen (z.B. anhand von Hilfsadditiven) der Elektrodenpasten notwendig, um das strukturviskose, teils viskoelastische Fließverhalten der Pasten bestmöglich einzustellen.

Durch die Optimierung des Elektrodendesigns werden die Energie- und Leistungsdichte von Vollzellen anwendungsspezifisch maximiert und dazugehörige Designparameter ermittelt. Dabei sollen analytische Modelle mit reduzierter Komplexität und hoher Praxisrelevanz als prozessbegleitendes Werkzeug für Anwender/Techniker entwickelt werden. Im Rahmen des Projektes werden dabei Blend- und Mehrlagenelektroden adressiert und validiert, welche eine Erweiterung der Freiheitsgrade bei der Elektrodenauslegung darstellen und mittels hochviskoser Pasten im Extrusionsprozess vergleichsweise einfach umsetzbar sind.

Quelle: https://prozell-cluster.de/projekte/optiex/ (jüngster Zugriff 08.11.2022)