Batteriefertigung Fortschrittliche Analytik mit Plasmaspektroskopie

Von Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther 2 min Lesedauer

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Forscher des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) wollen die Plasmaspektroskopie zum Bestimmen der Zusammensetzung von Materialproben direkt in den Produktionsprozess großformatiger Batteriezellen übertragen.

 Im Forschungsprojekt Dual-LIBS-Q-Batt werden Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien mithilfe der Plasmaspektroskopie analysiert.(Bild:  Markus Breig, KIT)
Im Forschungsprojekt Dual-LIBS-Q-Batt werden Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien mithilfe der Plasmaspektroskopie analysiert.
(Bild: Markus Breig, KIT)

Mithilfe der Plasmaspektroskopie (LIBS) kann die Zusammensetzung von fast beliebigen Materialproben schnell und präzise bestimmt werden. Im Forschungsprojekt Dual-LIBS-Q-Batt wollen Forscher des KIT dieses Verfahren nun erstmals direkt in den Produktionsprozess großformatiger Batteriezellen sowie auf die Analyse kompletter Hochenergiezellen nach Ende ihrer Lebensdauer übertragen. Ziel ist es, die Massenproduktion hochwertiger Batterien zu verbessern und den Prozess gegen Qualitätsschwankungen abzusichern.

„Eine detaillierte Analyse von Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien kann wichtige Hinweise auf Leistungsfähigkeit, Lebensdauer und Degradationsprozesse der Batterien liefern“, erklärt Alexandra Meyer vom Institut für Angewandte Materialien des KIT. „Erhebt man beispielsweise kontinuierlich Daten über die Verteilung von Binder- oder Leitruß entlang der Elektrodenschichtdicke, können diese zur Optimierung von Trocknungsprozessen noch während der Produktion genutzt werden und so den Ausschuss minimieren.“

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Erhöhte Lithiumkonzentration lässt auf Hot Spots schließen

Lokal erhöhte Lithiumkonzentrationen, die sich bei der Nutzung der Zelle bilden können, sind wiederum Hinweise auf „Hot Spots“, an denen Lithium-Kristallstrukturen bevorzugt wachsen und zu Kurzschlüssen und zum Versagen der Zelle führen können. „Weiß man, wo sie sich befinden, und wie die Bildung dieser Strukturen mit der Materialverteilung in der Elektrode zusammenhängt, kann in der Produktion gezielt gegengesteuert werden“, so Meyer. Dual-LIBS-Q-Batt ist ein assoziiertes Projekt des Kompetenzclusters „Analytik und Qualitätssicherung“ (AQua) als Teil des Dachkonzepts Batterieforschung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). Das BMBF fördert das Projekt mit 795 000 Euro.

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