TroPMelt -Trockene Pulver-Schmelz-Kalandrierung ebnet den Weg für nachhaltige Batterieproduktion

Mit dem Forschungsprojekt „TroPMelt“ treibt das Fraunhofer ISIT seit Juli 2023 die Entwicklung einer neuartigen, lösemittelfreien Technologie zur Herstellung von Batterieelektroden voran. Ziel ist es Produktionsprozesse nicht nur kostengünstiger, sondern vor allem deutlich umweltfreundlicher zu gestalten. Die Technologie kann in der industriellen Batteriefertigung eingesetzt werden und bietet großes Potenzial für mobile und stationäre Energiespeicherlösungen. Damit adressiert das Projekt zentrale Herausforderungen der Energiewende: Ressourceneffizienz, CO₂-Reduktion und Wettbewerbsfähigkeit.

Im Zentrum des Projekts steht die Trockenbeschichtung. Ein Verfahren, bei dem vollständig auf Lösungsmittel verzichtet wird. Statt energieintensiver Trocknungsprozesse werden Pulvermaterialien direkt verarbeitet und anschließend durch einen Schmelz-Kalandrierprozess verdichtet. Dieser Ansatz reduziert nicht nur den Energieverbrauch erheblich, sondern vereinfacht auch die gesamte Prozesskette.

Zu Beginn der Arbeiten lag der Fokus auf der Identifikation geeigneter Bindermaterialien, die für die trockene Verarbeitung und spätere mechanische Stabilität der Elektroden entscheidend sind. Aufbauend darauf wurden unterschiedliche Pulvermischungen entwickelt und mit verschiedenen Mischtechnologien getestet. Parallel dazu erfolgte eine umfassende Charakterisierung der physiko-chemischen Eigenschaften, etwa der Partikelgrößenverteilung, um Rückschlüsse auf die Verarbeitbarkeit und Qualität der Mischungen zu ziehen.

Ein wesentlicher Fortschritt konnte durch die iterative Optimierung von Misch- und Beschichtungsprozessen erzielt werden. Durch angepasste Streuverfahren gelang es, die Pulvermischungen gleichmäßig auf Stromsammlerfolien aufzutragen und deren Haftfestigkeit gezielt zu verbessern. Die Analyse der resultierenden Elektrodenfilme lieferte wichtige Erkenntnisse über Struktur-Eigenschafts-Beziehungen, wodurch ungeeignete Materialkombinationen frühzeitig ausgeschlossen werden konnten.

Parallel zur Materialentwicklung wurde die Prozessierung kontinuierlich weiterentwickelt. Insbesondere die Integration eines neu beschafften Kalanders in eine bestehende Beschichtungslinie stellte einen entscheidenden Meilenstein dar. Inzwischen ist es gelungen, die einzelnen Prozessschritte zu einem kontinuierlichen Roll-to-Roll-Verfahren zusammenzuführen, was eine zentrale Voraussetzung für die industrielle Skalierung darstellt. Aktuell liegt der Fokus auf der Feinabstimmung von Prozessparametern, sowie der Überführung vielversprechender Materialien in den kontinuierlichen Betrieb.

Auch die Qualität der hergestellten Elektroden konnte umfassend validiert werden. Neben der makroskopischen Homogenität wurden mikroskopische Strukturen analysiert und mechanische sowie elektrische Eigenschaften untersucht. Besonders hervorzuheben ist die erreichte niedrige elektrische Widerstandsfähigkeit sowie die hohe Haftfestigkeit der Elektrodenfilme. In elektrochemischen Tests zeigten Vollzellen über mehr als 100 Ladezyklen eine Effizienz von über 98 Prozent.

Das Projekt profitiert dabei maßgeblich von der engen Zusammenarbeit im Konsortium. Gemeinsam mit Partnern wie UniverCell, dem Fraunhofer IFAM und AntonPaar werden sowohl Materialien als auch Prozesse abgestimmt und weiterentwickelt. Diese Arbeitsteilung ermöglicht eine durchgängige Betrachtung von der Materialentwicklung bis hin zur Zellfertigung und Validierung. Dazu wird „TroPMelt“ mit 2,5 Millionen Euro vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert.

Mit Blick auf die verbleibende Projektlaufzeit bis Mitte 2026 konzentrieren sich die Arbeiten auf die weitere Prozessoptimierung und die umfassende Validierung der Elektroden im kontinuierlichen Fertigungsprozess. Angesichts des steigenden Interesses an Trockenbeschichtungsverfahren in sowohl der Forschung als auch der Industrie, positioniert sich TroPMelt als ein zukunftsweisender Ansatz. Das Projekt leistet damit einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung nachhaltiger, effizienter und wettbewerbsfähiger Batterietechnologien „Made in Germany“.