AiF-FV-Nummer 22354

Entwicklung einer Methode zur additiven Fertigung von Lithium-Ionen-Batterieelektroden für tragbare Elektronik


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Zusammenfassung

Das Interesse an wiederaufladbaren Mikrobatterien auf Basis der Lithium-Ionen-Technologie steigt in jüngster Zeit stark an. Dies liegt vor allem an neuen Einsatzgebieten miniaturisierter Elektronik in der Gesundheitsbranche, bei der Überwachung der Kühlkette in Organtransport-Behältern und im Lebensmittel-Lieferservice. Die genannten Anwendungen erfordern Mikrobatterien mit hoher Flexibilität in Bezug auf Dicke, geometrische Form und Gewicht. Eine der größten Herausforderungen liegt daher in der Entwicklung von dünnen, flexiblen und sicheren Li-Mikrobatterien. Ein Lösungsansatz sind dreidimensionale (3D) Batteriearchitekturen, die mittels additiver Fertigung (AF) hergestellt werden können. Die additive Fertigung von LIB bietet das Potential dünne (< 1 mm) und formflexible Batterien herzustellen, die zudem eine bessere Ökobilanz als LIB-Knopfzellen aufweisen Im Rahmen des beantragten Vorhabens soll die additive Fertigung einer kompletten Mikrobatterie erstmalig in einem Arbeitsgang demonstriert werden. Die LIB-Elektroden werden in Form von ineinandergreifenden Strukturen ohne Separator hergestellt. Hierfür sollen maßgeschneiderte Druckertinten entwickelt werden, die die Aktivmaterialien, Leitfähigkeitsadditive und Binder enthalten. Zum Drucken der Elektroden soll das Endloskolbenprinzip auf Basis von Exzenterschneckenpumpen verwendet werden, welches sich durch präzise und gleichmäßige Dosierung der viskosen Elektroden-Dispersionen auszeichnet. Der Druck des Batteriegehäuses soll nach dem Prinzip der Materialextrusion erfolgen. Das Prinzip der additiven Fertigung ist nicht auf Mikrobatterien beschränkt und kann auf automobile und stationäre LIB skaliert werden. Von diesem Projekt können vor allem KMUs, die Batterien oder deren Komponenten herstellen, profitieren. Darüber hinaus richtet sich das Vorhaben an Produzenten von Anlagen zur additiven Fertigung, die wesentliche Informationen für die Anpassung der Anlagentechnologie an die Herstellung von 3D-LIB erhalten.