wbk Jahresbericht 2023 final inkl Inhaltslink - Flipbook - Seite 55
D I S S E R TAT I O N E N
STUDIUM UND LEHRE
VERÖFFENTLICHUNGEN
Dissertationen
Kompensation der Wrinkle-Bildung beim Kalandrieren
von Lithium-Ionen-Kathoden
Ziel des Vorhabens
Die fortschreitende Elektrifizierung verschiedener
Branchen erfordert eine optimierte Batterieproduktion mit erhöhter Energiedichte. Besonders das Kalandrieren von Batterieelektroden ist ein entscheidender Prozess zur Steigerung der volumetrischen
Energiedichte. Die Herstellung von Kathoden für
Lithium-Ionen-Batteriezellen stellt in diesem Zusammenhang eine besondere Herausforderung durch
das Auftreten von „Wrinkles“ dar. Diese Defekte
sind Falten auf der Elektrode, die sich am Übergang
von der beschichteten zur unbeschichteten Fläche
bilden. Das Hauptziel dieser Arbeit ist es, den Elektrodendefekt im laufenden Prozess zu erfassen, zu
charakterisieren und in Beziehung zu den Prozessparametern zu setzen sowie eine Gegenmaßnahme zu
erarbeiten.
Vorgehensweise
Die Dissertation umfasste umfangreiche Untersuchungen, um Elektrodendefekte zu identifizieren, zu
bewerten und ihre Zusammenhänge mit den Prozessparametern zu untersuchen. Die Einführung von
Inline-Qualitätssicherungsmaßnahmen ermöglicht
die Erfassung der Wrinkles. Dazu gehörten ein speziell entwickeltes Markierungssystem und Kameras.
Diese Maßnahme ermöglichte die Quantifizierung
der durch den Kalandrierprozess verursachten Verzerrungen auf der Elektrodenoberfläche. Zusätzlich
wurden Kameras und ein Linienlasersensor verwendet, um die geometrischen Eigenschaften der Falten
zu messen.
Die Ergebnisse statistischer Versuchsreihen ermöglichten es, die Ursachen des Elektrodendefekts zu
identifizieren und eine geeignete Gegenmaßnahme
abzuleiten. Dies führte zur erfolgreichen Implementierung eines zusätzlichen Prozesses am Kalander.
Dabei wird eine Dehnung in den unbeschichteten
Randbereich der Elektrode eingeführt, um die inhomogenen Materialspannungen in der Elektrode
auszugleichen.
Autor:
Dr.-Ing. Benjamin Bold
Ergebnisse
Die Ergebnisse umfassen die inlinefähigen Messsysteme sowie die Anlagenerweiterung zur Fehlerminimierung. Die Messsysteme ermöglichen die
Quantifizierung der Veränderung der Elektrodeneigenschaften hinsichtlich der Dehnung und Faltenbildung der Elektrode. Die Anlagenerweiterung
stellt ein patentiertes Verfahren dar, das nach dem
Verdichtungsprozess einen homogenen Materialzustand gewährleistet.
Die Ergebnisse dieser Forschungsarbeit tragen maßgeblich zur Weiterentwicklung der Batterieherstellung bei. Die optimierte Produktion ermöglicht eine
erhöhte Energiedichte und reduziert eine Fehlerquelle für Batteriezellausfälle.
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Wrinkles und das Anti-Wrinkle-Modul (Abbildung: wbk)
Institut für Produktionstechnik Jahresbericht 2023
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