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Standortvorteil: Innovation Batteriefertiger befinden sich im technologischen Wettlauf

Quelle: Dr. Thomas Isenburg 7 min Lesedauer

Batteriezellen sind Enabler für die von der EU bis 2030 beschlossene Mobilitätswende und für die Stromversorgung an sich. Doch der Innovationsdruck ist hoch und Lithium rar ...

Die Batteriefertigung ist wichtig für die Zukunft. Doch die Herstellung ist von diversen Herausforderungen geprägt, die es zu meistern gilt. Hier erfahren Sie, welche das sind und was an Problemen bereits gelöst ist, um etwa Lithium-Ionen-Batterien ersetzen zu können ...(Bild: KI-generiert)
Die Batteriefertigung ist wichtig für die Zukunft. Doch die Herstellung ist von diversen Herausforderungen geprägt, die es zu meistern gilt. Hier erfahren Sie, welche das sind und was an Problemen bereits gelöst ist, um etwa Lithium-Ionen-Batterien ersetzen zu können ...
(Bild: KI-generiert)

Batteriezellen sind ein unverzichtbarer Bestandteil der von der EU bis 2030 beschlossenen Mobilitätswende. Zudem spielen sie eine entscheidende Rolle bei der Einspeisung großer Mengen an Strom ins Netz, der aus erneuerbaren Energien erzeugt wurde. Die Batteriefertigung – insbesondere die von Lithium-Ionen-Akkus für die Elektromobilität und stationäre Speicher – ist aber ein hochkomplexer, mehrstufiger Industrieprozess. Es herrscht außerdem ein hoher Innovationsdruck! Dabei geht es darum, Ausschuss zu senken, Energie zu sparen, Material möglichst effizient zu nutzen, Taktzeiten zu verkürzen und zugleich jede Verbindung im Batteriesystem sicher überwachen zu können.

Der etablierte Weg zur Lithium-Ionen-Zelle

Die kleinsten Einheiten von Lithium-Ionen-Zellen sind alle ähnlich aufgebaut. Sie bestehen aus zwei Elektroden und einem Separator, der diese voneinander trennt. Dabei ist die Anode der Minuspol und die Kathode der Pluspol. Zum Ladungstransport wird das System durch einen ionenleitfähigen Elektrolyten aktiviert, wie in der Broschüre „Produktionsprozess einer Lithium-Ionen-Batteriezelle” der RWTH Aachen und des VDMA beschrieben ist. Zunächst werden die verschiedenen Rohstoffe nach einer Eingangskontrolle in einem Mischer homogenisiert. Es gibt diverse Rezepturen für die Kathoden- und die Anodenseite. Das Aktivmaterial der Anode besteht aus der Kohlenstoffverbindung Grafit mit einem Gewichtsanteil von 90 Prozent. Hinzu kommen die noch die Kohlenstoffverbindung Leitruß mit einem Anteil von fünf Prozent sowie wasserbasierte Lösungsmittel, Binder und Additive. Auf der Kathodenseite findet sich eine ähnliche Rezeptur. Das Aktivmaterial ist dort jedoch eine Lithium-Kobalt-Sauerstoffverbindung mit einem Anteil von ebenfalls 90 Prozent.

Der Mischprozess ist mehrstufig und die Rührgeschwindigkeit kann variiert werden. Das Verfahren folgt der zeitlichen Reihenfolge Mischen (Trockenmischung) – Dispergieren (Nassmischung). Danach wird das Stoffgemisch unter atmosphärischem Druck in einem Rohrleitungssystem weitertransportiert.

Es erfolgen die Trocknung und das Kalandrieren

Diese Materialien werden danach auf unterschiedliche Metallfolien gebracht. Im Fall der Anode ist es eine Kupferfolie, bei der Kathode eine Aluminiumfolie. Auf die Folien wird das jeweilige Stoffgemisch auf die unterschiedlichen Metallfolien durch eine Schlitzdüse aufgetragen. Die Folien haben eine Breite von bis zu 900 Millimetern. Danach erfolgt die Trocknung in einem sogenannten Schwebebahntrockner. Dabei wird dem System durch Wärmezufuhr das wässrige Lösungsmittel entzogen. Durch die Länge des Trockners wird die Zeit zum Verdunsten der Flüssigkeit bestimmt. Innerhalb der Trockenstrecke kann ein Temperaturprofil eingestellt werden. Dieses unterteilt den Trocknungsprozess in unterschiedliche Temperaturzonen. Beim anschließenden Kalandrieren werden die Elektrodenmaterialien durch rotierende Walzen verdichtet.

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