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Systematische Untersuchungen zur Pastenherstellung für Lithium-Ionen-Batterien auf einem Extruder

Systematische Untersuchungen zur Pastenherstellung für Lithium-Ionen-Batterien auf einem Extruder

Die Bedeutung von Lithium-Ionen-Batterien ist in den letzten Jahren in vielen Bereichen gewachsen. Dennoch ist für viele Anwendungen die Leistungsfähigkeit, insbesondere die Speicherkapazität, immer noch zu gering. Daher sind derzeit umfangreiche Forschungstätigkeiten zu beobachten, um Batterien nicht nur auf der Materialseite zu verbessern, sondern auch um effektive Produktionstechnologien zu entwickeln.

Ein wichtiger Prozessschritt ist die Vermischung des Aktivmaterials mit dem nanoskaligen Ruß, der für die Einstellung der elektrischen Leitfähigkeit verantwortlich ist. Dies geschieht üblicherweise auf im Batch betriebenen Planetenmischern, was grundsätzlich auch gut funktioniert und etabliert ist. Eine Alternative dazu wäre die Herstellung der Pasten auf einem kontinuierlich betriebenen Extruder. Dabei wird das trockene Materialgemisch kontinuierlich der Schnecke, meist besteht diese aus einer Doppelschnecke, zugeführt und mit dem Lösungsmittel vermischt. Dabei kommt es nicht nur zu einer Vermischung der Komponenten, sondern auch zu einer Dispergierung des Rußes und der Ausbildung von Wechselwirkungen mit dem Aktivmaterial. Der Vorteil gegenüber den heute etablierten Verfahren wäre die Möglichkeit der kontinuierlichen und flexiblen Betriebsweise.

Ziel der Masterarbeit ist die Entwicklung eines Pastenherstellverfahrens auf einem Extruder. Ausgehend von einer üblichen Rezeptur sind die partikulären Komponenten zunächst einmal trocken vorzumischen. Anschließend erfolgt die Dosierung und Verarbeitung im Extruder. Dabei ist das Betriebsverhalten der Maschine (Schneckenaufbau, Volumenströme, Drehzahlen…) systematisch zu variieren und einzustellen, um einen sicheren Betriebszustand zu erhalten. Die erzeugten Pasten sind mit denjenigen, welche im Batch-Prozess hergestellt wurden, zu validieren.  

Die Durchführung der Arbeit erfolgt größtenteils am Fraunhofer Institut (ICT) in Pfinztal.

 

Aufgabensteller und Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Hermann Nirschl

Zeitbetreuer: Prof. Dr. Jens Tübke (Fraunhofer ICT, Pfinztal)  

 

Ihre Bewerbung und/oder fachliche Fragen richten Sie bitte an:

Prof. Dr.-Ing. Hermann Nirschl   hermann.nirschl∂kit.edu

Prof. Dr. Jens Tübke    jens.tuebke∂kit.edu