Lithium-Ionen-Batterien - Elektrodenbeschichtung mittels Membrandüse

Ein Forschungsteam des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) hat ein Verfahren zur Herstellung von Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien entwickelt, mit welchem sich die Produktionszeiten enorm verkürzen lassen.

Bei der Herstellung der Elektroden wird ein dünnes, rechteckiges Muster an pastenförmigem Elektrodenmaterial auf eine Kupfer- oder Aluminiumfolie aufgebracht. Zusätzlich befinden sich auf der Folie kurze, unbeschichtete Abschnitte, für deren Realisierung der Beschichtungsprozess unterbrochen werden muss.

Die Schwierigkeit besteht darin, das Muster bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten präzise aufzutragen. Insbesondere an scharfen Kanten im Muster muss ein Verschmieren des Materials verhindert werden. Da selbst kleine Fehler die Elektroden unbrauchbar machen, besteht in der Herstellung eine hohe Ausschussrate. Diese führt unter anderem zu den hohen Kosten der Lithium-Ionen-Batterien.

Anstatt der bisher genutzten mechanischen Ventile zur Aufbringung des Elektrodenmaterials verwendet das Forschungsteam des KIT eine schwingende Membran, die durch zyklisches Anhalten und Starten des Prozesses schnelle Reaktionszeiten und hohe Produktionsgeschwindigkeiten ermöglicht. Die Geschwindigkeit der Elektrodenbeschichtung lässt sich somit von 30 bis 40 Metern pro Minute auf bis zu 150 Meter pro Minute steigern. Gleichzeitig wird der Ausschuss durch die präzise Steuerung der Membran verringert.

Durch die schnelle Elektrodenbeschichtung sind kürzere Trocknungszeiten notwendig, um den Herstellungsprozess insgesamt zu beschleunigen. Am KIT konnten diese durch Untersuchung unterschiedlicher Trocknungsbedingungen bereits um bis zu 40 % reduziert werden.

Durch die Kombination aus schnellerer Beschichtung mittels Membran und verkürzten Trocknungszeiten kann die Produktion der Lithium-Ionen-Batterien verdreifacht werden. Somit werden die Herstellungskosten gesenkt und die steigende Nachfrage in der Elektromobilität kann besser bedient werden.