Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCVPolymerbasierte Festkörperbatterie
Die polymerbasierte Festkörperbatterie ist eine vielversprechende Batterie der nächsten Generation.
FlexiCutStack – Flexibles Vereinzeln und Stapeln von
Festkörperbatterie‐Elektroden
Im Forschungsprojekt »FlexiCutStack« wird ein innovatives Konzept für die automatisierte Assemblierung von Festkörperbatterien entwickelt. Im Fokus stehen die präzise Vereinzelung und das Stapeln von Elektroden, die zentrale Prozessschritte für eine wirtschaftliche Batterieproduktion darstellen.
Eine besondere Herausforderung besteht im Schneiden und Handhaben der unterschiedlichen Materialien. Insbesondere die Lithium-Metall-Anode stellt aufgrund ihrer elastischen und adhäsiven Eigenschaften hohe Anforderungen an die Schnittqualität und den anschließenden Handhabungsprozess.
Dafür wird ein flexibles Greifersystem entwickelt, das sich an verschiedene Materialien und Bauteilgeometrien anpassen kann. Ergänzend entsteht ein speziell ausgelegtes Stanzwerkzeug, das eine präzise und prozesssichere Vereinzelung der Komponenten ermöglicht. Die entwickelten Technologien werden anhand verschiedener Bauteilgeometrien experimentell validiert.
Ein wichtiger Prozessschritt ist die Assemblierung, die die Schritte Vereinzeln und Stapeln umfasst.
Die folgende Grafik dient der Übersicht über den Prozess:
Prozessübersicht für »FlexiCutStack«
Das Projekt betrachtet drei wesentliche Prozessschritte der Festkörperbatterieproduktion. Die Elektrodenfertigung, das mechanische Vereinzeln sowie den Stapelprozess. Im Rahmen der Elektrodenfertigung werden der polymerbasierte Festelektrolytseparator sowie die Kompositkathode im Rolle-zu-Rolle-Verfahren hergestellt. Gemeinsam mit der Lithium-Metall-Anode ergeben sich drei mögliche Ausgangsszenarien für den Assemblierungsprozess:
(a) die Assemblierung von drei Einzelkomponenten
(b) die Assemblierung von zwei Komponenten sowie
(c) die Assemblierung einer Einzelkomponente.
Unabhängig vom jeweiligen Ausgangsszenario ist ein mechanischer Vereinzelungsprozess der zu verarbeitenden Komponenten erforderlich. Im Anschluss erfolgt die Handhabung der Einzelkomponenten mittels eines geeigneten Greifsystems, um einen präzisen Schichtstapel der Festkörperbatterie aufzubauen. Ziel des Gesamtprozesses ist die prozesssichere Herstellung mehrlagiger Pouchzellen.
