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.
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
