Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
In der heutigen Batterieelektrodenherstellung kommt ein sogenanntes »Slurry-Verfahren« zum Einsatz. Dabei werden Aktivmaterialien, Binder und Leitruße mit Wasser oder organischen Lösemitteln zu Pasten (slurrys) verarbeitet. Dünne Metallfolien werden mit diesen Slurrys beschichtet. In bis zu 100 Meter langen Trocknungsstrecken wird das Lösemittel aus der nassen Schicht entfernt. Dadurch entsteht ein hoher Platz- und Energiebedarf, sodass Trockenbeschichtungsverfahren zunehmend in den Fokus von Zellherstellern rücken.
Die Forschenden des Fraunhofer IWS haben hier angesetzt und mit DRYtraec® eine alternative Produktionstechnologie entwickelt. Bei diesem Verfahren wird ein Trockengemisch bestehend aus Aktivmaterial, Leitruß und Binder in den Kalanderspalt zweier gegenläufig mit unterschiedlicher Geschwindigkeit rotierender Kalanderwalzen eingebracht. Die Scherwirkung im Kalanderspalt führt zur Ausbildung von sogenannten Fibrillen. Diese mikroskopisch kleinen fadenförmigen Binderstrukturen fixieren Aktivmaterial und Leitruß wie in einem Spinnennetz. Dank der Prozessführung entsteht eine trockene Schicht auf der schneller rotierenden Walze. Dieser Trockenfilm wird auf eine Stromableiterfolie übertragen. Somit ist der Trockenfilm im DRYtraec®-Prozess zu keinem Zeitpunkt allein auf seine mechanische Stabilität angewiesen. Trägerwalze oder Stromableiterfolie übernehmen die mechanische Stabilisierung. Das stellt aus Sicht der Forschenden des Fraunhofer IWS einen entscheidenden Vorteil zur Realisierung einer hohen Prozessgeschwindigkeit und guten Skalierbarkeit dar.
DRYtraec®-Batteriekathoden kommen mit Binderanteilen von unter zwei Prozent aus und stehen in ihren elektrochemischen Eigenschaften Kathoden aus Slurry-Prozessen in nichts nach. Bisher gelang es den Wissenschaftlern bereits, Kathoden für Lithium-Ionen-Batterien (NMC und LFP) sowie Feststoffbatterien (auf Basis von Thiophosphat), Lithium-Schwefel-Batterien und Natrium-Ionen-Batterien erfolgreich herzustellen. DRYtraec® erweist sich somit als vielseitig einsetzbare Methode für die aktuelle und zukünftige Batterieproduktion.
