Cell-Fi - Beschleunigung der Elektrolytaufnahme durch optimierte Befüllungs- und Wettingprozesse

Aufgrund ihrer Kapazität und spezifischen Energie werden Lithium-Ionen-Zellen sowohl in mobilen als auch in stationären Anwendungen heutzutage bereits eingesetzt und gelten als Befähiger der Energiewende. Mit der Forschung an der Lithium-Ionen-Technologie wird das mittel- bis langfristige Ziel der Substitution von fossilen Brennstoffen verfolgt. Hierfür müssen unter anderem zur wirtschaftlichen Produktion von Lithium-Ionen-Batterien die Fertigungskosten der Zellen weiter reduziert werden.

In der Prozesskette stellt die Befüllung der Zellen mit Elektrolytflüssigkeit die Schnittstelle zwischen Zellmontage und Formierung dar. Der Prozessschritt des Befüllens umfasst das Dosieren und das Wetting. Beim Dosieren wird die Elektrolytflüssigkeit in die Zelle hinzugegeben, woraufhin das Wetting, das Benetzen der Elektroden und Separatoren, einsetzt. Trotz des großen Einflusses auf die Produktionskosten und die Qualität der Zellen ist das Befüllen, welches zur vollständigen Benetzung der Zell-Komponenten mit Elektrolytflüssigkeit führen soll, ein wenig verstandener Prozessschritt.

Ziel von Cell-Fi ist es, wirtschaftliche Prozesse für die Befüllung der Zellen mit Elektrolytflüssigkeit zu erarbeiten. Eminent hierfür ist die Reduktion der Zeitspanne zwischen dem Beginn der Dosierung und dem Abschluss des Wettings. Dies führt zum obersten Ziel des Projektes: Die Durchlaufzeit einer Zelle im Bereich Dosierung und Wetting soll im Rahmen des Projektes um 50 % reduziert werden. Grundvoraussetzung für eine zielgerichtete Prozessoptimierung ist ein methodisch aufgebautes und beschriebenes Prozessverständnis zur klaren Identifikation von Einflussparametern und deren Auswirkung. Dabei werden sowohl die makroskopischen Effekte während des Dosierens als auch die mikroskopischen Effekte während des Wettings und die Wechselwirkung der beiden Prozesse intensiv betrachtet. Ein weiteres Teilziel stellt die Erarbeitung von Simulationsmodellen des Befüllungsprozesses dar, um prädiktive Vorhersagen über die Prozesse treffen zu können.

Zentral erwartete Ergebnisse des Projektes sind detailliertes Wissen,

• wie die Aufnahme der Elektrolytflüssigkeit durch Prozessparameter beschleunigt werden kann,
• wie die porösen Strukturen für eine ideale Benetzung ausgeführt sein müssen und
• welche Wechselwirkungen zwischen Produkt, Prozess und Anlage bestehen.

Abschließend ist die Überführung in ein Entscheidungstool zur Prozess- und Produktauslegung geplant, um potentielle Anwender zu unterstützen.

Danksagung