Integrierte Energiesysteme

Kurzportrait

Zellentwicklung
Die Weiterentwicklung bestehender Zellsysteme sowie die Erforschung und Adaption neuartiger Ansätze für wiederaufladbare Batterien sind ein wesentliches Arbeitsgebiet der Abteilung „Integrierte Energiesysteme“.
Im Fokus stehen dabei neue Materialien bzw. Materialrezepturen für die Elektroden, neue Elektrolytsysteme und Separatoren. Ebenso sind weiterentwickelte Fertigungsprozesse, die zu einer Verbesserung der Zellperformance, einer Kostensenkung und/oder einer Verringerung umweltbelastender Emissionen führen, Gegenstand der Arbeiten.
Darüber hinaus können Lithium-Zellen anwendungsspezifisch für unterschiedliche Einsatzgebiete angepasst werden. Insbesondere betrifft dies die Parameter Energiedichte, Leistungsdichte, Zykelstabilität, kalendarische Alterung, intrinsische Sicherheit sowie die Abstimmung auf spezielle Betriebsbedingungen. Die Fokussierung auf Pouch-Zellen ermöglicht eine flexible Gestaltung der Bauform. Zellen bzw. die daraus gebauten Zellmodule lassen sich so exakt an einen zur Verfügung stehenden Bauraum anpassen.

Zellbau

Das ISIT besitzt, auf Basis der Li-Polymer-Technologie mit Foliengehäuse, eine flexible Fertigungsplattform, welche die praktische Umsetzung der Zellentwicklung ermöglicht. Die Zellherstellung kann in zwei wesentliche Phasen unterteilt werden:
• Elektroden- und Separatorherstellung
• Zellassemblage
Ein integrales Element der patentgeschützten Zell-Technologie ist das am ISIT entwickelte Separatorkonzept. Dieses ist perfekt abgestimmt auf die zur Herstellung von Zellen notwendigen Fügeprozesse (Lamination).
Durch Variation der Materialien im Lithiumakkumulator lässt sich dessen Performance über einen weiten Bereich kontrollieren. Zudem eröffnet das Foliengehäuse die Option, die Zellgeometrie über einen weiten Formatbereich an vorgegebene Abmessungen anzupassen.
Durch die laufende Hinzunahme neuer Materialien entstand im Lauf der Jahre ein umfangreicher „elektrochemischer Systembaukasten“ welcher den wachsenden Anforderungen fortwährend angepasst wird.

Zelltest

Die messtechnischen Einrichtungen der Abteilung IES bieten die Möglichkeit zur umfassenden elektrochemischen und physikalischen Material- und Zellcharakterisierung. Materialrelevante Daten wie die spezifische Kapazität, Leistungsdichte, Lithiierungs- und Delithiierungspotentiale sowie die Gasbildungsrate können in Halbzellen mit 2- oder 3-Elektrodenanordnung gegen Lithium untersucht werden.
Weitere, für ein umfassendes Verständnis der elektrochemischen Prozesse wichtige Parameter wie die Zykelstabilität, der Innenwiderstand und das kalendarische Alterungsverhalten können in einem weiten Temperaturbereich (-40 bis + 180 °C) für Halb- und Vollzellen bestimmt werden. Hierzu stehen zahlreiche Prüfkreise mit Maximalströmen von 100 mA bis 100 A zur Verfügung.

Technikum und Kleinserienproduktion

Speziell für die Überführung von im Labor gewonnenen Ergebnissen in den industriellen Maßstab können alle wesentlichen Teilschritte der Produktion von elektrochemischen Zellen im Technikum am Standort Itzehoe durch die Abteilung IES umgesetzt werden.
Innerhalb der Prozesskette zur Fertigung von Lithium-Ionen-Batterien sind die Teilschritte Pastenpräparation und Beschichtung besonders kritisch, da sich bereits kleine Parametervariationen direkt auf die Qualität der Batteriezelle auswirken. Auf mehreren Mischern, einer Beschichtungsanlage und nachgeschalteten Assemblieranlagen werden deshalb die in der F&E systematisch entwickelten Verfahren hochskaliert und optimiert. Die gemeinsam mit Industriepartnern genutzten Fertigungskapazitäten gewährleisten eine rasche Umsetzung der Entwicklungsergebnisse in die Kleinserienproduktion. Das dabei erlangte IES Prozess-Know-how steht natürlich auch anderen Industriekunden zur Verfügung. Die Entwicklung und der Aufbau von Energiespeichersystemen aus einzelnen Zellen (Modulintegration, Leistungselektronik, BMS etc.) können entweder in Zusammenarbeit mit anderen Abteilungen des ISIT und/oder Industriekunden realisiert werden.