WabaFli - Wasserbasierte hochkapazitive Li-Ionen-Batterieelektroden für elektrisches Fliegen; Teilvorhaben der Coperion GmbH: Kontinuierliche Herstellung wasserbasierter Batterieslurries

Abstract

Das Kooperationsprojekt "Wasserbasierte hochkapazitive Li-Ionen-Batterieelektroden für elektrisches Fliegen – WabaFli" ist wird in Zusammenarbeit mit der VARTA Microbatterie GmbH, der Epsilon CAM GmbH (früher: Johnson Matthey Battery Material GmbH) und dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (Ulm) durchgeführt. Ziel des Projekts ist es, für Fliegen (Mobilität und Transport) geeignete nachhaltige Lithium-Ionenzellen mit hoher spezifischer Energie zu entwickeln und den erforderlichen Hintergrund entlang der Wertschöpfungskette bis hin zur industriellen Fertigung zu erforschen. Als Projektpartner in dem Gemeinschaftsprojekt nutzt Coperion seine umfangreiche Kompetenz zur Entwicklung der erforderlichen maschinen- und prozessseitigen Lösungen für eine innovative, hocheffizienten Möglichkeit der kontinuierlichen Compoundierung von wasserbasierten, niederviskosen Batteriemassen.

Hintergrund zum Projekt: Batterieslurries werden derzeit im Batchprozess hergestellt, der jedoch eine begrenzte Produktionskapazität hat und eine steigende Anzahl an Batchmischern erfordert. Dieser Prozess muss zudem hohe Qualitätsanforderungen erfüllen. Im Gegensatz dazu ist der kontinuierliche Extrusionsprozess, der in anderen Branchen wie der Kunststoff-, Lebensmittel- und Pharmaindustrie etabliert ist, in der Batterieproduktion noch nicht weit verbreitet. Um den Rückstand gegenüber dem Batchprozess aufzuholen, ist die Entwicklung eines kontinuierlichen Produktionsprozesses für Batterieslurries erforderlich. Dabei müssen neue Grundlagen in der Extrusion geschaffen werden, da sich Batterieslurries materialtechnisch erheblich von typischen Extrusionsprodukten unterscheiden.

Projektziele: Ein kontinuierliches Extrusionsverfahren soll den Batchprozess bei der Herstellung von Batterieslurries ablösen. Dieses innovative Verfahren muss jedoch für den wirtschaftlichen Einsatz optimiert werden. Die zentrale Herausforderung der kontinuierlichen Prozessierung besteht darin, alle Füllstoffe homogen im Extruder bei kurzer Verweilzeit einzuarbeiten. Dazu sollen neue Förder- und Mischelemente entwickelt werden, die speziell auf die Viskosität der Batterieslurries abgestimmt sind. Im Rahmen des Projekts müssen bestehende Simulationsmodelle zur Mischleistung des Doppelschneckenextruders grundlegend überarbeitet werden. Es ist notwendig, neue Viskositätsmodelle zu entwickeln und diese in die Simulation zu integrieren, um die Modelle an die spezifischen Anforderungen der Batterieslurries anzupassen und in Versuchen zu validieren. Zusätzlich zur verfahrenstechnischen Entwicklung ist auch die Forschung an neuen, abrasions- und korrosionsbeständigen Materialien für Doppelschneckenextruder erforderlich, um metallische Verschleißpartikel in den Batterieslurries zu minimieren oder zu verhindern. Das Projekt strebt einen Technologiereifegrad (TRL) von 6 an.