Inline-Elementanalyse Elektroden für Li-Ionen-Batterien kostengünstiger und qualitativer produzieren

Fraunhofer IPM und Fraunhofer ISIT haben auf Basis der LIBS-Technologie ein Inline-Messsystem entwickelt, mit dem die chemische Zusammensetzung beschichteter Elektrodenfolien punktweise in einer Art 3D-Mapping quantitativ erfasst werden kann.

Bild: Fraunhofer IPM
14.07.2022

Bei der Produktion von Elektrodenfolien für Lithium-Ionen-Batterien kommt es oftmals zu Fehlern aufgrund inhomogener Beschichtungen. Fraunhofer IPM und Fraunhofer ISIT haben gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Forschung eine Methode entwickelt, womit Elektroden für Li-Ionen-Batterien in Zukunft kostengünstiger und qualitativ hochwertiger gefertigt werden können.

Elektrodenfolien für Li-Ionen-Batterien bestehen aus einem Aktivmaterial (Nickel-Mangan-Kobalt-Kügelchen plus Lithium), Leitadditiven und Binder. Diese Materialien werden als Suspension auf eine Aluminiumfolie aufgebracht und dann zu einer etwa 100 µm 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, das Fraunhofer IPM und Fraunhofer ISIT im Projekt Q-LIB gemeinsam mit den Firmen Varta und Owis entwickelt haben, 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.

Inline-Messsystem mit LIBS-Technologie

Das Inline-Messsystem basiert auf laserinduzierter Plasmaspektroskopie (LIBS). LIBS ist ein laserspektroskopisches Verfahren, mit dem sich die elementspezifische Zusammensetzung einer Probe bestimmen lässt. 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 20 m/min.

Kürzlich wurde das Messsystem am Fraunhofer ISIT in die Laboranlage einer Elektrodenfertigung integriert. Dort wurden Elektrodenfolien von Varta Microbattery unter realen Produktionsbedingungen erfolgreich vermessen.

Bildergalerie

  • Das Messsystem wurde am Fraunhofer ISIT in die Laboranlage einer Elektrodenfertigung integriert und getestet.

    Das Messsystem wurde am Fraunhofer ISIT in die Laboranlage einer Elektrodenfertigung integriert und getestet.

    Bild: Fraunhofer IPM

Firmen zu diesem Artikel
Verwandte Artikel