{"id":9766,"date":"2025-07-10T09:58:01","date_gmt":"2025-07-10T07:58:01","guid":{"rendered":"https:\/\/m2n-converting.com\/?p=9766"},"modified":"2025-07-10T10:02:46","modified_gmt":"2025-07-10T08:02:46","slug":"fraunhofer-fep-verfahren-fuer-metall-polymer-stromkollektoren","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/m2n-converting.com\/de\/flexconvert\/fraunhofer-fep-verfahren-fuer-metall-polymer-stromkollektoren\/","title":{"rendered":"Fraunhofer FEP – Verfahren f\u00fcr Metall-Polymer-Stromkollektoren"},"content":{"rendered":"

Das Fraunhofer FEP hat ein neues Rolle-zu-Rolle-Produktionsverfahren zur Herstellung von Metall-auf-Polymer-Stromkollektoren entwickelt. Diese Technologie erm\u00f6glicht die pr\u00e4zise Aufbringung von Kupfer- und Aluminiumschichten auf Polymerfolien zur Herstellung von Stromkollektoren mit vergleichbarer elektrischer Leitf\u00e4higkeit und Dicke zu herk\u00f6mmlichen, auf Metallfolien basierenden Stromkollektoren. Diese Ergebnisse bieten der Industrie eine wertvolle Grundlage f\u00fcr die Optimierung von Lithium-Ionen-Batterien.<\/em><\/p>\n

Ohne Lithium-Ionen-Batterien ist unsere moderne Welt kaum vorstellbar. Sie erm\u00f6glichen uns die Nutzung mobiler Ger\u00e4te wie Smartphones, Tablets oder Staubsaugerroboter sowie die Nutzung von Elektromobilit\u00e4t. Den vielen Vorteilen wie hohe Energiedichte, kompakte Bauweise und lange Lebensdauer steht allerdings ein entscheidender Nachteil gegen\u00fcber: durch die Eigenschaften des Lithiums (leicht brennbar und schnell reaktionsf\u00e4hig) besteht immer ein gewisses Brandrisiko. Durch \u00dcberladung, Besch\u00e4digung oder \u00dcberhitzung kann es zu einer unkontrollierten Freisetzung der gespeicherten Energie kommen. Das nennt man \u201ethermisches Durchgehen\u201c.<\/p>\n

Ersetzen von herk\u00f6mmlichen Stromkollektoren<\/h2>\n

Mit dem entwickelten Verfahren ist es m\u00f6glich, die herk\u00f6mmlichen Stromkollektoren, \u00fcblicherweise Metallfolien, durch Metall-auf-Polymer-Stromkollektoren zu ersetzen. Diese bestehen aus Polymerfolien, welche beidseitig mit einer d\u00fcnnen Schicht Aluminium oder Kupfer beschichtet sind. Diese Stromkollektoren bieten mehrere Vorteile: Sie verringern das Gewicht des Kollektors, was zu einer h\u00f6heren Energiedichte der Zelle f\u00fchrt. Noch wichtiger ist jedoch der Sicherheitsaspekt: Sollte es in der Zelle zu einem Kurzschluss kommen, schmilzt das Polymersubstrat und unterbricht den Strompfad. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich W\u00e4rme weiter aufbaut und ein thermisches Durchgehen entsteht.<\/p>\n

Im Rahmen des vom Bundesministerium f\u00fcr Bildung und Forschung (BMBF) gef\u00f6rderten Projektes PolySafe entwickelte das Fraunhofer FEP einen neuen Prozess zur Abscheidung der Metallbeschichtungen im Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Dabei werden die Metalllagen auf den Polymerfolien durch Elektronenstrahlverdampfung aufgebracht. Claus Luber, Technischer Projektleiter, erl\u00e4utert: \u201eDie Herausforderung war, die Polymerfolien und den Beschichtungsprozess so auszulegen, dass eine zu aktuellen Metallfolien vergleichbare Dicke des Stromkollektors und eine optimale elektrische Leitf\u00e4higkeit der Metallschicht gew\u00e4hrleistet werden kann.\u201c Es galt dabei, den Einfluss von Parametern des Bandlaufs, der Substratvorbehandlung sowie der Metallverdampfung ganzheitlich zu verstehen und optimale Prozesseinstellungen zur Erreichung der technologischen und wirtschaftlichen Anforderungen zu entwickeln. Eine weitere Herausforderung stellte die Minimierung der W\u00e4rmebelastung w\u00e4hrend des Abscheidungsprozesses dar, welche durch den Einsatz einer speziellen K\u00fchlmethode, einer Gask\u00fchlwalze der VON ARDENNE GmbH, erreicht wurde. Diese L\u00f6sung sorgt f\u00fcr eine hohe Qualit\u00e4t der Folien sowie f\u00fcr eine hohe Produktivit\u00e4t.<\/p>\n

Ergebnisse der Prozessentwicklung<\/h2>\n

Das Forschungsteam konnte erfolgreich die Abscheidung von dicken Kupfer- und Aluminiumschichten auf 12 \u00b5m dicken PET-Folien zeigen. Die Abscheidung erfolgte in einem Rolle-zu-Rolle Prozess auf einer Rollenbreite von bis zu 60 cm. Die Ergebnisse umfassen:<\/p>\n

Kupfer:<\/strong> Beidseitige Beschichtung durch einen zweistufigen Prozess mit bis zu 1 \u00b5m dicken Kupferschichten pro Seite; die Kupferschicht zeigte sich kompakt und die Folie blieb ohne wesentliche Faltenbildung \u2013 ideal f\u00fcr die Weiterverarbeitung in der Batterieproduktion.<\/p>\n

Aluminium: <\/strong>Beidseitige Beschichtung durch einen zweistufigen Prozess mit bis zu 1 \u00b5m dicken Aluminiumschichten pro Seite. Auch hier war die Folie frei von Falten, was ihre Eignung f\u00fcr die Weiterverarbeitung zur Elektrodenbeschichtung best\u00e4tigte.<\/p>\n

Erfolgreiche Herstellung von Pouchzellen<\/h2>\n

Die mit der neuen Technologie hergestellten Metall-Polymer-Stromkollektoren wurden durch den Projektpartner TU Braunschweig erfolgreich in Pouchzellen integriert. Diese Zellen wurden auf ihre elektrochemischen Eigenschaften hin getestet und mit herk\u00f6mmlichen Referenzzellen verglichen. In diesen Tests \u00fcberzeugten die Zellen mit den Metall-Polymer-Stromkollektoren bei unterschiedlichen Lade- und Entladeraten mit \u00e4hnlicher Leistung und Zyklenstabilit\u00e4t wie die Referenzzellen.<\/p>\n

Mit dem neuen Rolle-zu-Rolle-Verfahren k\u00f6nnen Metall-Polymer-Kollektoren erfolgreich mit halbindustriellen Prozessen hergestellt werden. Die Forschungsergebnisse belegen, dass diese Prozesse geeignet sind, Stromkollektoren herzustellen, die das Potenzial haben, die Energiedichte von Batteriezellen zu steigern und gleichzeitig die Sicherheitsrisiken zu minimieren. Das neue Produktionsverfahren bietet der Industrie die Grundlage f\u00fcr die Weiterentwicklung von Lithium-Ionen-Batterien mit verbesserten Eigenschaften.<\/p>\n

\u00dcber das Projekt PolySafe<\/h2>\n

Forschungsprojekt zur Steigerung der Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien durch Metall-Polymer-Komposit-Stromkollektoren<\/p>\n

F\u00f6rdergeber: Bundesministerium f\u00fcr Bildung und Forschung
\nF\u00f6rderkennzeichen: 003XP0408
\nLaufzeit: 01.08.2021 \u2013 30.04.2025<\/p>\n

Projektpartner:<\/strong><\/p>\n