Cell-Fill

 

PEM forscht zu schnellerer Elektrolytbefüllung

Der Lehrstuhl „Production Engineering of E-Mobility Components“ (PEM) der RWTH Aachen untersucht mit zahlreichen weiteren Instituten im Rahmen des Projekts „Cell-Fill“ die Befüllung und Benetzung von Lithium-Ionen-Batterien. Oberstes Ziel des Verbundvorhabens ist die Erweiterung des Prozessverständnisses und die Entwicklung einer zeit- und kostenoptimierten Befüll- und Benetzungsstrategie. Geplant ist, die Zeit für die Befüllung von Elektrolyten um 30 Prozent zu reduzieren. Das Vorhaben ist ein Begleitprojekt des vom Bund geförderten Kompetenzclusters ProZell.

Methode zur Charakterisierung des Batterie-Benetzungszustands

Der Fokus des PEM-Teams liegt auf der Optimierung des Materials, indem der Separator während des Stapelprozesses per inline-Verfahren oberflächenmodifiziert wird. Dafür sollen die Forschenden unterschiedliche Modifizierungsverfahren und -agenzien auf verschiedenen Separatoren untersuchen. Am Ende soll eine inline-fähige Charakterisierungsmethode des Benetzungszustandes einer großformatigen Lithium-Ionen-Batterie entwickelt werden.

Befüllungszustand trotz Optimierungspotenzial kaum ein Thema

Hintergrund des Projekts ist, dass die Batteriezellherstellung aufgrund der hohen Sicherheits- und Umweltanforderungen bis dato ein kostenintesiver Vorgang ist. Dabei kommt der Elektrolyt-Befüllung eine besondere Bedeutung zu. In diesem Produktionsschritt wird die Zelle nach der Befüllung des Eektrolyten mehrere Stunden lang gelagert, um eine vollständige Benetzung des Separators mit der Elektrolytflüssigkeit zu gewährleisten. Zwar gilt es als gesichert, dass die Steigerung der Geschwindigkeit und des Durchsatzes in diesem Prozessschritt eine elementare Verbesserung der Wirtschaftlichkeit erzeugen würde, doch wurde der Untersuchung des Befüllungsvorgangs bisher kaum wissenschaftliche Aufmerksamkeit gewidmet.

 

Das Projekt

• „Cell-Fill“: Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehung für Befüllungs- und Wettingprozesse von großformatigen Lithium-Ionen-Batterien

Forschungsziele

• Erweiterung des Prozessverständnisses und Entwicklung einer zeit- und kostenoptimierten Befüll- und Wettingstrategie für Zellen der dritten Generation
  • Weiterentwicklung von Prozess-Struktur- und Qualitäts-Eigenschaftsfunktionen
  • Reduzierung von Prozesszeiten durch Nutzung innovativer Elektrolyte
  • Entwicklung und Validierung von Richtlinien für ein befüll- und prozessgerechtes Zelldesign
  • Simulative Beschreibung der mikro- und makroskopischen Benetzungsvorgänge in Lithium-Ionen-Batterien
• Entwicklung und Validierung einer inline-fähigen Analysemethode zur Prozesskontrolle des Befüllvorgangs auf Basis von Ultraschall
• Übertragung der Prozesskenntnisse auf die Infiltration von Kathodenkompositen mit Festkörper-Elektrolyt-Slurries für die ASSB-Produktion

Forschungs- und Projektpartner

Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF) (TU Braunschweig) (Projektkoordinator)
PEM der RWTH Aachen
Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) (TU München)
Münster Electrochemical Energy Technology (MEET) (WWU Münster)
Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM)
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS)
Fraunhofer-Institut für Silicatforschung (ISC)

Laufzeit

• 01.10.2019 bis 31.03.2023

Projektträger

Projektträger Jülich (PtJ)

Förderkennzeichen

• 03XP0237E

Zuwendungsgeber

Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)