Batterieproduktion: PEM gelingt Durchbruch bei Lasertrocknung

Der Lehrstuhl „Production Engineering of E-Mobility Components“ (PEM) der RWTH Aachen hat mit zahlreichen Partnern aus der Wissenschaft und der Industrie das Projekt „IDEEL“ nach rund drei Jahren erfolgreich beendet. In dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Vorhaben hatte das Konsortium ein laserbasiertes Trocknungsverfahren für die Batterieproduktion entwickelt. Für die Batterien von Elektroautos ist dies insofern von Relevanz, da der Trocknungsprozess in der Batteriezell-Produktion wegen seinem enormen Energieaufwand einen großen Kostenfaktor darstellt.

„Die Elektrodentrocknung im ‚Rolle zu Rolle‘-Verfahren war bislang einer der energie-, kosten- und CO2-intensivsten Prozesse in der Produktion von Lithium-Ionen-Akkus“, erklärt PEM-Leiter Professor Achim Kampker. Das soll das im IDEEL-Projekt entwickelte Verfahren künftig ändern, indem es die übliche Konvektionstrocknung in mit Gas oder Strom befeuerten Durchlauföfen mit einer Lasertrocknung auf Basis von Hochleistungs-Diodenlasern kombiniert und bei gleichbleibender Ergebnisqualität die Trocknungszeiten um mehr als 60 Prozent verringere.

Am Anfang des Projekts stand die Konzeption neuer Anoden- und Kathodenbeschichtungen mit wässrigen Rezepturen auf Graphit-, Lithium-Eisenphosphat- und Silizium-Graphit-Basis. Das später entwickelte hybride Trocknungsverfahren sei so ausgelegt, dass sich die Vorteile des neuen Procederes auch bei Bestandsanlagen nutzen lasse, indem sie nachträglich mit Lasermodulen ausgestattet werden.

Kosten sinken um 20 bis 30 Prozent

Das Hybridsystem habe erstmals auf eine Bahngeschwindigkeit von 30 Metern pro Minute skaliert werden können. „Durch den Laser-Booster zu Prozessbeginn wird die erforderliche Ofenlänge halbiert, was wertvolle Prozessflächen spart, den Bedarf an energieintensiven Trockenräumen deutlich verringert und die operativen Kosten insgesamt um 20 bis 30 Prozent senkt“, sagt PEM-Leitungsmitglied Professor Heiner Heimes. Der neue Ansatz erlaube wirtschaftlichere und klimaschonendere Verfahren, wodurch sich die ökonomische und ökologische Gesamtbilanz der Batterieproduktion entscheidend verbessere.

Experimenten zufolge lasse das neue Verfahren auch im Hinblick auf die Prozessergebnisse keine Nachteile erwarten. „Trotz erhöhter Durchsatzrate ist bei Adhäsion, Restfeuchte, elektrischer Leitfähigkeit und elektrochemischen Eigenschaften eine mindestens gleichwertige Ergebnisqualität gewährleistet“, sagt Kampker: „Die Industrietauglichkeit ist damit vollständig nachgewiesen.“ Der im Rahmen des IDEEL-Projekts entwickelte Prozess soll nun in die Arbeit der Fraunhofer FFB in Münster einfließen, die derzeit zu einem Entwicklungszentrum moderner Batteriezellproduktion für Deutschland und seine europäischen Partner ausgebaut wird.

Am Projekt „Implementation of Laser Drying Processes for Economical & Ecological Lithium-Ion Battery Production“ (IDEEL) waren neben dem Lehrstuhl PEM die Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB, das Zentrum „Münster Electrochemical Energy Technology“ (MEET) der Universität Münster und das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) sowie die Unternehmen Laserline, Coatema Coating Machinery und Optris beteiligt.

Quelle: RWTH Aachen – Pressemitteilung vom 19.03.2025

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