Batteriefertigung Laser trocknet Batterieelektroden energieeffizienter

Erstmals sei die Herstellung von per Laser getrockneten Anoden und LFP-Kathoden im Rolle-zu-Rolle-Verfahren gelungen, wie Forscher vom Fraunhofer ILT aus Aachen berichten.

Das Forschungsprojekt „IDEEL“ (Implementation of Laser Drying Processes for Economical & Ecological Lithium Ion Battery Production) soll ein Lasertrocknungsverfahren zur klimafreundlicheren und wirtschaftlicheren Serienproduktion von Lithium-Ionen-Batterien auf den Weg bringen. Nun ist man in Aachen mithilfe der weiteren Projektpartner ein ordentliches Stück auf diesem Weg weiter gekommen, heißt es. Denn zum ersten Mal ist die Herstellung lasergetrockneter Anoden und LFP-Kathoden im Rolle-zu-Rolle-Verfahren gelungen.

Anlagenkonzept mit Lasertrocknung ergänzt

Basierend auf industrierüblichen Elektrodenpasten konnte das PEM (Production Engineering of E-Mobility Components) nachweisen, dass wässrige LFP-Kathoden und Anoden in einer Prototypenanlage am „eLab“ der RWTH Aachen prozesssicher verarbeitet werden können. In Kooperation mit dem MEET (Münster Electrochemical Energy Technology Batterieforschungszentrum) konnten auch schon die Qualitätseigenschaften evaluiert und optimierte Elektrodenpasten entwickelt werden, wie es weiter heißt.

Für die Demonstrationsversuche wurde außerdem ein Hochleistungs-Diodenlaser mit Zoomoptik von Laserline in der dortigen Folienbeschichtungsanlage integriert, um einen homogenen Laserspot zu schaffen, der das Aktivmaterial trocknet. Die Temperaturverteilung auf der Elektrode wurde dabei mithilfe einer Thermografiekamera von Optris überwacht. Die Konzeptprüfung erfolgte bei einer Bahngeschwindigkeit von 1,3 Metern pro Minute, wobei sowohl die reine Lasertrocknung als auch eine hybride Trocknung mit Laser und nachgeschaltetem Konvektionsofen erfolgreich verlaufen sind, so die Forscher.

Elektrodenfertigung mit verdoppeltem Speed

Ersten Ergebnissen zufolge senkt der so veränderte Fertigungsprozess bei einer reinen Lasertrocknung den Energiebedarf in der Elektrodenfertigung um bis zu 85 Prozent. Und die Untersuchung des Hybridprozesses ergab, dass im Vergleich zur reinen Konvektionstrocknung durch Hinzufügen einer Laserstation die Trocknungsgeschwindigkeit verdoppelt werden kann. Insgesamt lässt sich so die Batterieproduktion folglich günstiger und nachhaltiger gestalten.

Vergleichende Benchmark-Analysen der Qualitätseigenschaften (Restfeuchte des Aktivmaterials, Adhäsion der Beschichtung auf der Trägerfolie) konvektions- und lasergetrockneter Elektroden bestätigten diese Produktivitätssteigerung. Die bisherigen Projektergebnisse demonstrieren außerdem, dass der Verfahrensansatz nicht nur für Neuanlagen geeignet ist, sondern auch bestehende Konvektionsöfen mit der Lasertrocknungstechnik nachgerüstet werden können.

Schneller und mit weniger Platzbedarf produzieren

Im weiteren Projektverlauf ist die Skalierung der Bahngeschwindigkeit auf 10 Meter pro Minute am ILT vorgesehen. Zum Projektende sollen es sogar 30 Meter pro Minute sein. Dazu entwickelt Laserline derzeit Optiken, die einen großflächigeren Laserspot mit gleicher Leistung erzeugen können. Erste Forschungsergebnisse weisen auch darauf hin, dass man so Anlagen für die Elektrodenfertigung bauen könnte, die nur noch ein Zehntel an Platz brauchen, heißt es abschließend.

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