07.07.2022 • Energie

Elektroden für Li-Ionen-Batterien effizienter produzieren

Neues Messsystem analysiert Elektrodenfolien mit hoher Präzision.

Bei der Produktion von Elektroden­folien für Lithium-Ionen-Batterien kommt es oftmals zu Fehlern aufgrund inhomo­gener Beschichtungen. Forschende vom Fraunhofer-Institut für Physi­kalische Messtechnik IPM haben gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Forschung ein optisches Inline-Messsystem entwickelt, das die Material­zusammensetzung von Elektroden­folien quantitativ und tiefen­aufgelöst bestimmt – direkt in der Fertigungs­linie. Auf diese Weise sollen Elektroden für Li-Ionen-Batterien in Zukunft kosten­günstiger und qualitativ hochwertiger gefertigt werden können.

Abb.: Dieses Messsystem erfasst die chemische Zusammen­setzung beschichteter...
Abb.: Dieses Messsystem erfasst die chemische Zusammen­setzung beschichteter Elektroden­folien punktweise und quantitativ. (Bild: Fh.-IPM)

Elektroden­folien für Lithium-Ionen-Batterien bestehen aus einem Aktiv­material, Leit­additiven und Binder. Diese Materialien werden als Suspension auf eine Aluminiumfolie aufgebracht und dann zu einer etwa einhundert Mikrometer dünnen Schicht eingetrocknet. Nicht selten entmischen sich die Bestandteile der Suspension während des Trocknungs­prozesses, sodass der Binderanteil an einigen Stellen zu gering ist. Dies beeinträchtigt die Haftung der Gesamtschicht. Ein optisches Inline-Mess­system erlaubt es nun, den Beschichtungs­prozess in Bezug auf die Mischung aktiv zu regeln. So kann Ausschuss in der Produktion reduziert und die Anlaufzeit bei der Produktion von neuen Rezepturen verkürzt werden.

Das Inline-Messsystem basiert auf laser­induzierter Plasma­spektroskopie (LIBS). Damit lässt sich die element­spezifische Zusammensetzung einer Probe bestimmen. Das System ermittelt die Material­verteilung in der Elektroden­folie punktweise als 3D-Mapping. Damit kann sowohl das korrekte Mischungs­verhältnis der Bestandteile als auch deren homogene Verteilung über das gesamte Elektroden­volumen detektiert werden. Das macht eine Qualitäts­kontrolle und -regelung in Echtzeit möglich. Die Heraus­forderung dabei war, die Verteilung nicht nur an der Oberfläche, sondern auch tiefen­aufgelöst innerhalb der gesamten Beschichtung zu messen – und zwar bei Produktions­geschwindigkeiten von rund zwanzig Metern pro Minute. Kürzlich wurde das Messsystem in die Laboranlage einer Elektroden­fertigung integriert. Dort wurden Elektroden­folien von Varta Microbattery unter realen Produktions­bedingungen erfolgreich vermessen.

Fh.-IPM / JOL

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