Fortschrittliche Analytik für die Batteriefertigung

Mithilfe der Plasmaspektroskopie (LIBS) kann die Zusammensetzung von fast beliebigen Materialproben schnell und präzise bestimmt werden. Im Forschungsprojekt Dual-LIBS-Q-Batt wollen Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) dieses Verfahren nun erstmals direkt in den Produktionsprozess großformatiger Batteriezellen sowie auf die Analyse kompletter Hochenergiezellen nach Ende ihrer Lebensdauer übertragen. Ziel ist es, die Massenproduktion hochwertiger Batterien zu verbessern und den Prozess gegen Qualitätsschwankungen abzusichern.

Datenanalyse für kontinuierliche Produktionsqualität

„Eine detaillierte Analyse von Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien kann wichtige Hinweise auf Leistungsfähigkeit, Lebensdauer und Degradationsprozesse der Batterien liefern“, sagt Alexandra Meyer vom Institut für Angewandte Materialien des KIT. „Erhebt man beispielsweise kontinuierlich Daten über die Verteilung von Binder- oder Leitruß entlang der Elektrodenschichtdicke, können diese zur Optimierung von Trocknungsprozessen noch während der Produktion genutzt werden und so den Ausschuss minimieren.“

Lokal erhöhte Lithiumkonzentrationen, die sich bei der Nutzung der Zelle bilden können, sind wiederum Hinweise auf sogenannte „Hot Spots“, wo Lithium-Kristallstrukturen bevorzugt wachsen und zu Kurzschlüssen und zum Versagen der Zelle führen können. „Weiß man, wo sie sich befinden, und wie die Bildung dieser Strukturen mit der Materialverteilung in der Elektrode zusammenhängt, kann in der Produktion gezielt gegengesteuert werden“, so Meyer.

Dual-LIBS-Q-Batt ist ein assoziiertes Projekt des Kompetenzclusters „Analytik und Qualitätssicherung“ (AQua) als Teil des Dachkonzepts Batterieforschung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). Das BMBF fördert das Projekt mit 795 000 Euro.

mhe, 23.06.2023