Neues Verfahren macht Lithium-Ionen-Batterien wirtschaftlicher Forschende der TU Braunschweig entwickeln Elektrodenherstellungsprozess für industriellen Einsatz weiter

• Neues Verfahren reduziert Energieverbrauch beim Trocknen der Elektrodenbeschichtung
• Ermöglicht höhere Produktqualität und Lagerstabilität sowie flexiblere Fertigung
• Entwicklung und Skalierung gemeinsam mit VARTA Coperion
• Ziel: industrielle Skalierung

Lithium-Ionen-Batterien sind ein Grundpfeiler der Energiewende – doch ihre Herstellung ist aufwendig und teuer. Im Rahmen des Projekts GranuGoIn („Granulatbasierte Semi-Trockene Elektrodenfertigung Goes Industry“) wird ein bereits im Vorgängerprojekt entwickelter semi-trockener Herstellungsprozess für Elektroden entscheidend weiterentwickelt. Ziel ist die Skalierung für die industrielle Anwendung, sowohl für Anoden als auch für Kathoden.

Die herkömmliche Produktion basiert auf einem aufwändigen Dispergier- und Beschichtungsverfahren mit flüssigen Mischungen, das lange Trocknungszeiten und einen hohen Energieverbrauch erfordert. Das neue Verfahren der Technischen Universität Braunschweig setzt stattdessen auf granulatbasiertes Material, das nahezu ohne Lösungsmittel auskommt. Dadurch entfallen weite Teile des energieintensiven Trocknungsprozesses – ein zentraler Hebel zur Reduktion der Produktionskosten.

Neben den ökologischen und wirtschaftlichen Vorteilen bietet der neue Ansatz auch technologische Verbesserungen: Die erhöhte Lagerstabilität der Granulate ermöglicht eine flexiblere, zeitlich entkoppelte Fertigung und steigert gleichzeitig die Qualität der produzierten Elektroden.

Mit dem Projekt „GranuGoIn“ bringt die TU Braunschweig das Verfahren gemeinsam mit den Industriepartnern VARTA Microbattery GmbH und Coperion GmbH auf den Weg zur Marktreife. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Weiterentwicklung der Prozessparameter, einer optimierten Granulatdosierung sowie integrierter Inline-Messtechnik zur Qualitätssicherung im laufenden Betrieb.

Energie speichern für die Zukunft

Effiziente und bezahlbare Batterien sind entscheidend für den Ausbau der Elektromobilität sowie für eine stabile Stromversorgung aus erneuerbaren Energien. Die Weiterentwicklung entsprechender Fertigungsverfahren ist damit ein Schlüssel zur Stärkung des Technologie- und Wirtschaftsstandorts Deutschland.

Das Projekt „GranuGoIn“ fördert den Wissenstransfer zwischen Wissenschaft und Industrie und unterstützt die Etablierung einer nachhaltigen, wettbewerbsfähigen Batterie-Wertschöpfungskette in Deutschland.

Projektdaten:

Das Verbundprojekt „Granulatbasierte Semi-Trockene Elektrodenfertigung Goes Industry“ (GranuGoIn) startete am 01. Januar 2025 und endet zum 31. Dezember 2027. Koordiniert wird das Projekt von der VARTA Microbattery GmbH, Partner sind die TU Braunschweig mit dem Institut für Partikeltechnik, VARTA Microbattery GmbH und Coperion GmbH, sowie den assoziierten Partnern Coperion K-Tron, Armor Battery Films und der Matthews Int. Corp.. Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) fördert das Projekt GranuGoIn mit rund 1,4 Mio. Euro.

Über das Institut für Partikeltechnik

Das Institut für Partikeltechnik (iPAT) als zentrales Institut der Battery LabFactory Braunschweig (BLB) beschäftigt sich seit 2007 mit verfahrenstechnischen Fragestellungen für elektrochemische Speichertechnologien. Die systematische Untersuchung des Dispergier-, Beschichtungs- und Trocknungsprozesses in Abhängigkeit das Material und Prozessparametern stellt eine Kernkompetenz des iPAT dar. Der produkt- und maschinenbezogene Kompetenzaufbau wird sowohl praktisch als auch numerisch in diversen Forschungs- und Industrieprojekten durchgeführt. Ziel ist es, den Ein-fluss der Prozessführung auf die Qualität der Batterieelektrode durch Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen beschreibbar zu machen. Zur Charakterisierung der Elektroden stehen neben elektrochemischer Charakterisierung Analysemethoden hinsichtlich mechanischer, elektrischer und struktureller Schichteigenschaften zur Verfügung. Die elektrochemische Charakterisierung erfolgt an der BLB in Ein-Kompartiment- sowie Mehrlagen-Pouchzellen unterschiedlicher Größe. Diese Charakterisierung ermöglicht eine abschließende Bewertung der Elektrodenstruktur. Alle beschriebenen Analysemethoden sind am iPAT etabliert. Des Weiteren weist das iPAT eine 10-jährige Erfahrung hinsichtlich extrusionsbasierter Prozesse für die Fertigung von LIB-Elektroden auf (Dreger et al. 2015; Dreger et al. 2019). Auch die Etablierung innovativer Anlagentechnik ist Teil der Kompetenzen des iPAT. Dementsprechend konnten Produktionsketten für lösungsmittelfrei hergestellte LIB (Projekt LoCoTrop) und All-Solid-State-Batterien (Projekt FesKaBat), aber auch lösungsmittelreduzierte Prozessketten auf Basis von Direktbeschichtungen im Kalander und der Extrusionbeschichtung entwickelt werden (Projekte HEMkoop, GranuProd).

Über die VARTA AG

Die VARTA AG produziert und vermarktet ein umfassendes Batterie-Portfolio von Mikrobatterien, Haushaltsbatterien, Energiespeichersystemen bis zu kundenspezifischen Batterielösungen für eine Vielzahl von Anwendungen. Durch intensive Forschung und Entwicklung setzt VARTA AG in vielen Bereichen der Lithium-Ionen-Technologie und bei Mikrobatterien weltweite Maßstäbe und ist so anerkannter Innovationsführer in den wichtigen Wachstumsmärkten der Lithium-Ionen-Technologie sowie bei primären Hörgerätebatterien. Der VARTA AG Konzern beschäftigt derzeit rund 4.000 Mitarbeiter. Mit fünf Produktions- und Fertigungsstätten in Europa und Asien sowie Vertriebszentren in Asien, Europa und den USA sind die operativen Tochtergesellschaften der VARTA AG derzeit in über 100 Ländern weltweit tätig.

Über die Coperion GmbH

Coperion is a global industry and technology leader in compounding and extrusion systems, size reduction, washing, separating, drying, and agglomeration, feeding, weighing, material handling and pneumatic conveying systems, as well as milling, mixing, thermal processing, dust collection and other services. Coperion develops, produces, and services plants, machinery, and components for the plastics and plastics recycling, chemical, battery, minerals, food and pharmaceutical industries. Coperion employs more than 5,000 people in its three divisions, Polymer, Food, Health & Nutrition, and Aftermarket Sales & Service – at over 50 sales and service locations worldwide. Coperion is an Operating Company of Hillenbrand (NYSE: HI), a global industrial company that provides highly-engineered, mission-critical processing equipment and solutions to customers serving a wide variety of industries around the world.