Cell-Fill

 

Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehung für Befüllungs- und Wettingprozesse von großformatigen Lithium-Ionen-Batterien

Motivation und Vorgehen

Erneuerbare Energien und Elektromobilität gelten als Bausteine der Energiewende. Der Schlüssel für die erfolgreiche Umsetzung ist die Batterietechnologie. Voraussetzung hierfür ist allerdings die wirtschaftliche Herstellung geeigneter Batterien in hoher Stückzahl. Hierbei stellt die Batteriezellherstellung auf Grund der hohen Sicherheits- sowie Umweltanforderungen einen erheblichen Kostenfaktor dar. Ein Bottleneck in der Zellherstellung mit einer hohen Kapitalanbindung ist die Befüllung. In diesem Schritt wird die Zelle mit dem Elektrolyten befüllt und anschließend für mehrere Stunden gelagert, um eine vollständige Benetzung des Separators mit der Elektrolytflüssigkeit zu gewährleisten. Obwohl Geschwindigkeits- sowie Durchsatzsteigerung in dem Prozessschritt der Elektrolytbefüllung als ein elementarer Bestandteil einer Optimierung identifiziert wurde, wurde der Untersuchung der Befüllung bisher kaum wissenschaftliche Aufmerksamkeit zuteil.

Forschungsziel

Der Lehrstuhl für Production Engineering of E-Mobility Components (PEM) der RWTH Aachen untersucht gemeinsam mit vier weiteren national führenden Instituten im Rahmen des Projektes Cell-Fill, den Themenkomplex Befüllung und Benetzung von Lithium-Ionen-Batterien. Das übergeordnete Projektziel ist die Erweiterung des Prozessverständnisses und Entwicklung einer zeit- und kostenoptimierten Befüll- und Benetzungsstrategie mit dem Ziel die Elektrolytbefüllungszeit um 30% zu reduzieren Zur Erreichung dieses Ziels legt das PEM den Fokus auf die materialseitige Optimierung, indem der Separator während des Stapelprozesses inline oberflächenmodifiziert wird. Untersucht werden unterschiedliche Modifizierungsverfahren und -agenzien auf verschiedenen Separatoren. Abschließend soll eine inline-fähige Charakterisierungsmethode des Benetzungszustandes einer großformatigen Lithium-Ionen-Batterie entwickelt werden.

Insgesamt soll das Projekt die Voraussetzungen für einen kostenreduzierten produktiveren, sowie stabileren Prozess in der Batteriezellherstellung schaffen, um Deutschlands Rolle in der Zellproduktion im internationalen Vergleich zu stärken.

Forschungs- und Projektpartner

  • IWF – Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik der TU Braunschweig (Projektkoordinator)
  • iwb – Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften der TU München
  • MEET – Münster Electrochemical Energy Technology Forschungszentrum
  • ITWM – Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik
  • IKTS – Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme
  • ISC – Fraunhofer-Institut für Silicatforschung
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Kontakt

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Kim Kreisköther

Gruppenleiterin

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