EMBATT-goes-FAB

Skalierung hin zu großflächigen, applikationstauglichen Geometrien und Demonstration auf Versuchsanlagen

 

Laufzeit:

2018 - 2020

Partner:

Daimler AG, Fraunhofer IKTS, IAV GmbH, thyssenkrupp System Engineering GmbH

Fördergeber:

BMWi

Koordinator:

Dr. Michael Roscher (tk SY)


Skalierung hin zu großflächigen, applikationstauglichen Geometrien und Kapazitäten

Der Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien mit großflächigem, bipolarem Aufbau erlaubt eine erhebliche Steigerung der Energiedichte von Batteriesystemen und kann es ermöglichen, auch die Reichweite elektrisch angetriebener Fahrzeuge signifikant zu steigern.

In vorangegangenen Projekten wurden bereits grundlegende technologische und materialwissenschaftliche Voraussetzungen zur manuellen Herstellung von bipolaren Batteriemodulen im Labormaßstab erarbeitet. Mit dem Vorhaben „EMBATT-goes-FAB“ beabsichtigt das industriegeführte Konsortium, bestehend aus den Partnern Daimler AG, IAV GmbH und Fraunhofer Institut für Keramische Technogien und Systeme und thyssenkrupp System Engineering, nun die Skalierung hin zu großflächigen, applikationstauglichen Geometrien und Kapazitäten zu vollziehen und diese auf Versuchsanlagen zu demonstrieren.


  • Prozessieren großflächiger Bipolarelektroden mit hoher Flächenkapazitätsbeladung und neuen Durchleiter- und Elektrodenmaterialien

  • automatische Montage der daraus aufgebauten Stapelbatterien

  • Aktivierung, d.h. Elektrolyteinbringung

  • Erstladung sowie Betrachtungen zur Integration und Batteriesicherheit

Basierend darauf entsteht ein konstruktiver Entwurf von EMBATT, der die Komponenteneigenschaften, zum Beispiel Elektrodengeometrien (Abmaße, Aktivmaterialbelegung etc.) und Gehäuseintegration definiert. Dabei wird untersucht, auf welche Weise mechanische Trägerstrukturen realisiert und die Kühlung/Temperierung sowie Sicherheitsmechanismen integriert werden können. Für die mechanischen und thermischen Betrachtungen kommen geeignete FEM-/CFD-Methoden zum Einsatz. Für die Überwachung der Batterie wird ein spezielles Batteriemanagementsystem entwickelt. Die Bewertung der entwickelten Technologien wird auf Basis von Testplattformen im Labor bzw. Prüfstand durchgeführt. Die unterschiedlichen Testzellen dienen gleichsam zur Grundlagenuntersuchung für Material, Design, Festigkeit, Sicherheit und Performance.

Im Technikum von thyssenkrupp System Engineering soll eine Versuchsanlage errichtet werden, an der im Rahmen des Vorhabens die Schlüsseltechnologien für eine reproduzierbare Anfertigung erforscht, weiterentwickelt und demonstriert werden können.

Herausforderungen und Ziele

  • Herstellung von Bipolarelektroden

Überführen der Elektrodenrezepturen mit den Aktivmaterialien NCM/Graphit in den Versuchsanlagenmaßstab

Anpassung des Beschichtungs-, Trocknungs- und Kalandrierprozesses an neue Durchleitermaterialien

Etablierung prozesssicherer Rolle-zu-Rolle-Verfahren für die Herstellung leistungsfähiger Bipolarelektroden mit hoher Flächenkapazitätsbeladung

Untersuchungen zur Einbringung polymerer Elektrolyten in Kompositelektroden mittels heißplastischer Folienextrusion als zukünftige Alternative zu flüssigen Elektrolyten

Prozesssichere Elektrodenkonfektionierung in quasi-kontinuierlicher Prozessfolge

 
  • Assemblierung des Elektrodenstacks
  •  
 

Untersuchung des vollmechanisierten Elektroden- und Separatorhandlings im Stapelprozess

Funktionale Integration der Dichtungsapplikation und der Kontaktierung

Prozesssichere Einbringung eines Flüssig-Elektrolyten und Realisierung notwendiger Benetzungszeiten in großflächigen Elektroden

 
  • Aktivierung
    und Sicherheit
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Erstladen großflächiger Bipolarbatterien

Untersuchung von Verspannung/Festigkeit und Simulation der Dauerhaltbarkeit

Konzeptionelle Bewertung des Einsatzes sicherheitsfördernder Materialien und Aufbau einer Crashsimulation


GEMEINSAM ZUM ZIEL

Daimler AG

IAV

IKTS

tk SY

 


Fördergeber

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