Polymerfolie

Aluminiumbeschichtete Polymerfolie zur Anwendung als Stromkollektor in Lithium-Ionen-Batterien. (Bild: Von Ardenne Corporate Archive)

Neben der Battery Lab Factory Braunschweig der TU Braunschweig sind weitere Partner aus Forschung und Industrie beteiligt. Das Projekt selbst wird mit gut 4 Mio. Euro gefördert.

Was steckt hinter der Technik?

Neben dem Gewichtsvorteil gegenüber heute eingesetzten reinen Metall-Stromkollektoren erlauben die Metall-Polymer-Stromkollektoren, den Stromkreis zu unterbrechen, sobald eine kritische Temperatur erreicht wird. In diesem Fall schmilzt der Stromsammler, so dass der Stromfluss und damit der Kurzschluss unterbrochen werden. Stromkollektoren sind gut leitende, dünne Metallfolien. Auf ihnen wird das Aktivmaterial aufgebracht, das für die Energiespeicherung in Batterien verantwortlich ist.

In Kooperation mit dem Fraunhofer FEP demonstrierte die das Unternehmen Von Ardenne im Rahmen des sächsischen Forschungsprojektes Polycollet, wie solche Metall-Polymer-Stromkollektoren aussehen können. Durch das Verfahren der physikalischen Gasphasenabscheidung konnten bis zu 1 Mikrometer dicke Aluminiumschichten auf Polymersubstraten mit Dicken bis 8 Mikrometer erzeugt werden. Bisher existieren jedoch zu wenige Daten aus Prototypzellen mit diesem Material, weshalb die anwendungsnahe Evaluation dieser Technologie noch aussteht. Das soll nun im Rahmen von Polysafe geschehen. Ziel ist es dabei, eine an die Metall-Polymer-Stromkollektoren angepasste Prozesskette zur Herstellung von Batteriezellen in verschiedenen Formaten (Rundzelle, Pouchzelle) zu qualifizieren und den Sicherheitsvorteil in unterschiedlichen Zelldesigns- und -chemien anwendungsnah zu untersuchen.

Elektrische Leitfähigkeit erhalten, Kosten senken

Neben der Integration der hergestellten Metall-Polymer-Stromkollektoren in Batteriezellen wollen die Projektpartner Aluminium- beziehungsweise Kupfer-Polymer-Stromkollektoren dediziert an die Anforderungen des jeweiligen Zelldesigns anpassen und optimieren. Die Herausforderung ist, die Polymersubstrate und den Beschichtungsprozess so auszulegen, dass eine zu aktuellen Metallfolien vergleichbare Dicke sowie eine optimale elektrische Leitfähigkeit der Metallschicht gewährleistet ist. Zugleich sollen die Kosten für die Produkten der Stromkollektoren deutlich gesenkt werden.

Die Battery Lab Factory Braunschweig (BLB) der TU Braunschweig bringt ihre Kompetenzen zum Produktionsprozess und zur Charakterisierung von Elektroden und Pouchzellen für Lithium-Ionen-Batterien ein. Die Metall-Polymer-Stromkollektoren werden hinsichtlich ihrer Eignung zur Integration in die Produktionsprozesse von Lithium-Ionen-Batterien untersucht und die Produktionsverfahren gegebenenfalls gezielt angepasst.

Über Polysafe

Polysafe ist ein Forschungsprojekt zur Steigerung der Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien durch Metall-Polymer-Komposit-Stromkollektoren und wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert (Förderkennzeichen 03XP0408E). Das Projekt startete im August 2021 und hat eine Laufzeit von drei Jahren. Beteiligt sind neben der TU Braunschweig: Von Ardenne (Koordination), Brückner Maschinenbau, Fraunhofer FEP, Fraunhofer IST sowie Varta Microbattery.

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