Lithium-Ionen-Batterien eignen sich auf Grund ihrer hohen Energie- und Leistungsdichte für Anwendungen, bei denen eine mobile Energieversorgung notwendig ist. Neben der Materialentwicklung und -synthese hat auch die Optimierung des Herstellungsprozesses das Potential die Effizienz der gesamten Zelle entscheidend zu verbessern. Essentiell für eine perfekt arbeitende Elektrode ist eine optimale Beschichtung der Ableiter mit Elektrodenpaste.

Die Geschwindigkeit, mit der Bauteile für Lithium-Ionen-Batterien produziert werden, entscheidet allerdings über die Kosten der Batterie. Herrn Schmitt ist es jetzt gelungen, die Beschichtungsgeschwindigkeit für Elektroden, eine Hauptkomponente von Lithium-Ionen-Batterien, auf über 100 Meter pro Minute zu verdoppeln. (Energiefachmagazin 4/13 )

Abbildung 1: Beschichtung einer Lithium-Ionen-Elektrode mittels Schlitzgießer im TFT-Beschichtungs- und Drucklabor.

Als State of the Art bei der Elektrodenfertigung gehört das Schlitzgießen zu den vordosierten Auftragsprozessen. Kennzeichnend wird dem Gießer annähernd ohne Totvolumen ein definierter Feedstrom zugegeben. Dieser wird durch Kavitäten und einen hochpräzisen Schlitz homogenisiert und schonend laminar in einem Spalt auf den Ableiter aufgelegt.

Die Vorteile des Schlitzgießens liegen in einem weiten einsetzbaren Viskositätsbereich sowie seiner Anordnung als geschlossenem und kontinuierlichem Prozessschritt. Im Hinblick auf die anwendungsorientierte Forschung überzeugt außerdem seine einfache Aufskalierbarkeit in den Produktionsmaßstab.

Die Innengeometrie des Schlitzgießers ist maßgeblich für die Anordnung der beschichteten Paste als Film auf dem Ableiter verantwortlich. Hierfür wurden angepasst an die gelartige Struktur der scherverdünnenden Paste, CFD-gestützte Konstruktionen entwickelt und im Pilotmaßstab untersucht. 

Abbildung 2: Zweidimensionaler Lasersensor zur Bestimmung von Oberflächenprofilen von LIB-Beschichtungen.

Eine weitere aktuelle Herausforderunge bei der Elektrodenbeschichtung liegt in der mikrometergenauen Homogenität des aufgetragenen Films. Gerade im Randbereich und beim intermittierenden Beschichten kann es zu Randeffekten kommen welche sich bei gestapelten Zellen negativ auf die gleichmäßige Flächenbelastung der Elektroden auswirkt.

In zahlreichen studentischen Arbeiten werden nun universelle Prozessparameter erforscht und verifiziert mit welchen optimal, leistungsfähige Elektrodenfilme erzeugt werden können.