Proof of Concept: Dürr strebt Trockenbeschichtung von Elektroden im großen Maßstab an

Die Dürr Systems AG mit Sitz in Bietigheim-Bissingen hat in den vergangenen Jahren zusammen mit Partnern eine neue Art der Trockenbeschichtung von Elektroden entwickelt: Dabei entsteht ein freistehender Film aus Aktivmaterial, der bis zum Laminieren auf die Kollektorfolie zu 100 Prozent in den Prozess zurückgeführt werden kann. „Das reduziert den Ausschuss deutlich. Der Proof of Concept des Verfahrens zeigt, dass die Technologie zuverlässig funktioniert und skalierbar ist“, teilt das Unternehmen mit. Damit sei der Weg frei für Pilotprojekte im Gigawatt-Maßstab.

Zur Einordnung: Die Batteriezellindustrie nutzt bisher fast ausschließlich die Nassbeschichtung, bei der das Kathoden- und Anodenmaterial als Lösung auf Metallfolien aufgetragen und anschließend energieintensiv getrocknet wird. Die von Dürr gemeinsam mit Partnern entwickelte Technologie kommt dagegen ohne Lösemittel und Trocknungsöfen aus, denn die Elektroden werden aus einer trockenen Pulvermischung gefertigt. Das trockene Batteriematerial wird gemäß dem sogenannten „Activated Dry Electrode“-Verfahren von Entwicklungspartner LiCAP Technologies zu einem Film gepresst. Bei LiCAP in Kalifornien steht auch bereits eine Trockenelektroden-Produktionslinie, die u.a. zusammen mit Dürr aufgebaut wurde.

Der deutsche Anlagenbauer koppelt aus der Zusammenarbeit nun das Verfahren X.Cellify DC aus, das sämtliche Prozessschritte der innovativen Methode abdeckt: von der Dosierung über die Filmbildung und Verdichtung bis zur Laminierung auf die Kollektorfolie. Schon bei der jüngsten Battery Show Europe im Juni in Stuttgart integrierten Dürr und Grob dieses Verfahren in ihre Konzeptfabrik. Beide Firmen kooperieren bereits seit 2022, um sich als Systemanbieter von Batterieproduktionsanlagen in Europa und Nordamerika zu etablieren. Früher war auch der Maschinenbauer Manz Teil dieser deutschen Batteriefertigungs-Allianz. Mit der Insolvenz von Manz haben Dürr und Grob beschlossen, ihre Vorhaben nur noch zu zweit weiter voranzutreiben.

Bei Dürr geht es nun mit dem Proof of Concept bei der Trockenbeschichtung merklich voran. „Wir haben gezeigt, dass die neue Art der Trockenbeschichtung mit freistehendem Film zuverlässig funktioniert und dabei durchgängig gute Qualität liefert. Sie lässt sich hochskalieren und ist damit die Grundlage für erste Pilotprojekte in der Industrie“, erläutert Bernhard Bruhn, Vice President der Global Business Unit LIB von Dürr. Das Verfahren eigne sich sowohl für heutige Lithium-Ionen-Batterien als auch für Feststoffbatterien.

Die Proof-of-Concept-Anlage von Dürr steht im südfranzösischen Chassieu in einer Trockenraum-Umgebung von Ingecal, einem auf Kalandertechnik spezialisierten Tochterunternehmen des Dürr-Konzerns. Kalander sind Maschinen mit Walzen, die Materialien zu einer gleichmäßigen Schicht verdichten. Ein solcher horizontaler Kalander forme das trockene Pulver zu einem Film, führt der deutsche Anlagenbauer aus. Er werde als „freistehend“ bezeichnet, da er ohne Trägerfolie durch die Anlage läuft. Im zweiten Schritt verdichten weitere Kalander den Film dann auf die gewünschte Schichtdicke, Dichte und Porosität. Am Ende wird jeweils ein Film von beiden Seiten auf die Kollektorfolie laminiert, womit die Elektrode hergestellt ist.

„Da wir bis zum letzten Schritt ohne Trägerfolie auskommen, können wir den Film vollständig in den Prozess zurückführen, sollte er die gewünschten Spezifikationen nicht erfüllen. Durch den geschlossenen Kreislauf geht kein wertvolles Aktivmaterial mehr verloren und wir senken den Ausschuss deutlich – ein wichtiger Punkt in der Batteriefertigung“, so Bruhn.

Eine Besonderheit von X.Cellify DC liegt zudem in der Bahnführung: Die Anlage transportiert den freistehenden Film selbsttragend und verdichtet den Film bereits vor dem Aufbringen auf die Kollektorfolie. Bei der anschließenden Laminierung auf die Kollektorfolie werde eine geringere Kraft benötigt als bei der Kalandrierung im Nassbeschichtungsprozess, heißt es. „Somit kommt es zu keiner Verformung der Folie, was die Verarbeitbarkeit für die nachgelagerten Prozessschritte Notching und Stacking verbessert.“

Der neue Ansatz in der Trockenbeschichtung vereint Dürrs Stärke in derElektrodenfertigung und Systemintegration, die Hochpräzisions-Kalander von Dürr Ingecal und die patentierte „Activated Dry Electrode“-Technologie von LiCAP. „Um den nächsten Schritt zu gehen, suchen wir Pilotpartner aus der Industrie für Projekte im Gigawattmaßstab. Damit bringen wir die Technologie in reale Produktionsumgebungen – ob für E-Autos, stationäre Speicher oder andere Anwendungen“, sagt Bernhard Bruhn. Dürr stehe somit als Partner für die nächste Generation der Batteriefertigung bereit – mit Lösungen für Nass- und Trockenbeschichtung.

durr.com