Kompensation der Wrinkle-Bildung beim Kalandrieren von Lithium-Ionen-Kathoden

Die fortschreitende Elektrifizierung verschiedener Branchen erfordert eine optimierte Batterieproduktion mit erhöhter Energiedichte. Besonders das Kalandrieren von Batterieelektroden ist ein entscheidender Prozess zur Steigerung der volumetrischen Energiedichte. Die Herstellung von Kathoden für Lithium-Ionen-Batteriezellen stellt in diesem Zusammenhang eine besondere Herausforderung durch das Auftreten von "Wrinkles" dar. Diese Defekte sind Falten auf der Elektrode, die sich am Übergang von der beschichteten zur unbeschichteten Fläche bilden. Das Hauptziel dieser Arbeit ist es, den Elektrodendefekt im laufenden Prozess zu erfassen und in Beziehung zu den Prozessparametern zu setzen sowie eine Gegenmaßnahme zu erarbeiten. Die Dissertation umfasst umfangreiche Untersuchungen zur Identifikation und Bewertung von Elektrodendefekten sowie deren Zusammenhänge mit den Prozessparametern. Die Einführung von Inline-Qualitätssicherungen ermöglicht die Erfassung der Wrinkles und die Verzerrung auf der Elektrodenoberfläche. Die Ergebnisse statistischer Versuchsreihen ermöglichten die Identifizierung der Ursachen des Elektrodendefekts und die Ableitung einer geeigneten Gegenmaßnahme. Dies führte zur erfolgreichen Implementierung eines zusätzlichen Prozesses am Kalander. Dabei wird eine Dehnung in den unbeschichteten Randbereich der Elektrode eingeführt, um die inhomogenen Materialspannungen in der Elektrode auszugleichen. Die Anlagenerweiterung stellt ein patentiertes Verfahren dar, das nach dem Verdichtungsprozess einen homogenen Materialzustand gewährleistet. Die Ergebnisse dieser Forschungsarbeit tragen zur Weiterentwicklung der Batterieherstellung bei. Die optimierte Produktion ermöglicht eine erhöhte Energiedichte und reduziert eine Fehlerquelle für Batteriezellausfälle.