Sechs-Walzen Kalander zur Trockenbeschichtung

• Fachliche Zuordnung: Produktionstechnik
• Förderung: Förderung in 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 533952183

In dem vorliegenden Antrag soll eine Trockenbeschichtungsanlage für die Batteriezellproduktion beschafft werden. Die Batteriezellproduktion lässt sich in drei Bereiche unterteilen, die Elektrodenfertigung, die Zellassemblierung und die Zellfinalisierung. Das in der Industrie standardisierte Verfahren zur Herstellung von Batterieelektroden basiert derzeit auf nasschemischen Beschichtungsprozessen, bei denen das Aktivmaterial in Form von einer Suspension auf eine Metallfolie aufgetragen wird. Die Suspension wird durch einen vorherigen Mischprozess des Aktivmaterials mit einem Lösungsmittel hergestellt. Diese wird über ein Auftragssystem auf die Metallfolie aufgetragen. Um eine hohe Qualität der erzeugten Elektroden zu gewährleisten, ist die Entfernung der verwendeten zum Teil toxischen Lösemittel von großer Bedeutung. Daraus entstehen hohe Produktions-, Flächen- und Energiekosten, die etwa 5% an den Gesamtkosten einer Batteriezelle betragen. Als Alternative für diesen sehr energie- und flächenintensiven Prozessschritt wird zurzeit das Verfahren der Trockenbeschichtung genauer untersucht und es rückt aufgrund seines Potenzials in den Fokus momentaner Forschungsbestrebungen. Vor dem Prozess wird in einem Mischverfahren das trockene Aktivmaterial, die Binder und Additive homogenisiert und vorkonditioniert. Bei dem eigentlichen Trockenbeschichtungsprozess wird diese Mischung mithilfe von Walzen zu 50–100 mikrpmeter dünnen Elektrodenfilmen auf einem Stromkollektor als Substrat gepresst. In Betrieb wird jeweils von beiden Seiten die trockene Mischung über eine Materialzufuhr in die Anlage eingeführt, um eine simultan doppelseitige Beschichtung zu ermöglichen. Neben negativen umweltseitigen Einflüssen können auch durch das das Evaporieren des Lösungsmittels während des konventionellen Trocknungsprozess eine negative Beeinflussung der Elektrodenstruktur und Defekte entstehen und zu einer Reduktion der Zellqualität führen. Der Trockenbeschichtungsprozess ist hinsichtlich der Schichtdicke nicht limitiert und ermöglicht eine Verarbeitung von schwer zu dispergierenden Additiven und Aktivmaterialien. Die Technologie wurde insbesondere in der Forschung kaum untersucht, sodass noch nicht alle Wechselwirkungen zwischen Prozess und Produkt sowie die optimale Einbindung der Technologie als Ersatz für den konventionellen Ofen erforscht sind. Um die aufgeführten Annahmen über die Trockenbeschichtung abzusichern und die Technologie inkl. Prozesse für die Großserie auslegen zu können, ist eine Skalierung aus einer Pilotlinie notwendig. Hieraus resultiert ein Forschungsbedarf, der sich fortlaufend vergrößern wird und sich auf weitere und zukünftige Zelltechnologien ausweiten wird. Das PEM möchte diese Forschungsaktivitäten unterstützen und die offenen Fragestellungen in Bezug auf diese Technologie in ihrer eigenen Pilotfertigung untersuchen. Aus diesem Grund wird sich für die Beschaffung einer Trockenbeschichtungsanlage über den Großgeräteantrag beworben.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Sechs-Walzen Kalander zur Trockenbeschichtung
• Gerätegruppe: 2290 Sonstige Bearbeitungsmaschinen für nichtmetallische Werkstoffe
• Antragstellende Institution: Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Achim Kampker