The hydrogen and
fuel cell center
ZBT GmbH

Entwicklung industrieller Beschichtungsverfahren für Li-Ionen-Batterien

umweltfreundliche Bindersysteme

Zellgehäuse mit Elektroden und Separator ©ZBT

Beschichtungsanlage des IKTS zur Herstellung von Elektroden im Technikumsmaßstab ©IKTS

Das IGF-Vorhaben 18437 BG der ForschungsvereinigungInstitut für Energie- und Umwelttechnik (IUTA) wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und –entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Im Januar 2015 startete ZBT gemeinsam mit dem Lehrstuhl Energietechnik der Universität Duisburg-Essen und dem Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme in Hermsdorf ein über die AiF mit Mitteln des BMWi im Rahmen der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) gefördertes Projekt zur Verwendung wasserbasierter Bindersysteme in Elektroden für Li-Ionen-Batterien.

Elektroden von Li-Ionen-Batterien bestehen aus den elektrochemisch aktiven Materialien, Bindern und Leitfähigkeitszusätzen. Die Herstellung der Elektroden von kommerziell verfügbaren Li-Ionen-Batterien beruht bislang auf einem Bindersystem aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) als Polymer und N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP) als Lösungsmittel. Die Substitution des PVDF-Binders und des toxischen Lösungsmittels NMP durch wasserlösliche Polymere bietet das Potenzial, sowohl die Umweltbelastung bei der Batterieproduktion als auch die Kosten der Li-Ionen-Batterien deutlich zu reduzieren.

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Beschichtungsprozesses zur Herstellung von Elektroden für Li-Ionen-Batterien auf Basis umweltfreundlicher, wasserlöslicher Bindersysteme. Dazu erfolgt im ersten Schritt eine Optimierung der mit den neuen Bindern hergestellten Elektrodenstrukturen. Diese Entwicklungsarbeiten haben zum Ziel, das Leistungspotenzial der elektrochemisch aktiven Materialien im Zusammenspiel mit wasserlöslichen Binderpolymeren voll auszunutzen. Im zweiten Schritt geschieht die Übertragung der im Labormaßstab ermittelten Struktur-Eigenschaftsbeziehung auf die Elektrodenherstellung im Technikumsmaßstab.

Das Vorhaben richtet sich einerseits an Hersteller von Elektroden für Li-Ionen-Batterien, die für die Einführung neuer Technologien gesicherte Erkenntnisse zum elektrochemischen Verhalten der Elektroden benötigen, sowie an Unternehmen des Anlagenbaus, die wesentliche Informationen für die Anpassung der Beschichtungstechnologie auf die Verarbeitung wasserbasierter Elektrodenpasten erhalten.

Interessierte Unternehmen, insbesondere KMU, können sich im Rahmen des Projektbegleitenden Ausschusses über die Ergebnisse informieren und eigene Fragestellungen mit einbringen.