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Reduktion der Längsfaltenbildung während des Kalandrierens von Batterieelektroden

Von:

Ann-Kathrin Wurba

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Um den steigenden Bedarf an Lithium-Ionen-Batterien (LIB) zu decken und den immer anspruchsvolleren Anforderungen gerecht zu werden, müssen sowohl die Materialeigenschaften als auch die Produktionsprozesse optimiert werden. Der Prozessschritt des Kalandrierens sorgt für die Erhöhung der volumetrischen Energiedichte. Dabei treten verschiedene Fehlerbilder auf, wie z. B. Längsfalten, die in dieser Dissertation beschrieben werden. Um die Bildung von Längsfalten zu reduzieren, ist ein tiefgreifendes Material- und Prozessverständnis erforderlich. Diese Arbeit beschreibt eine Methodik zur Charakterisierung der Längsfalten als Funktion der Prozessparameter. Darüber hinaus werden die Materialeigenschaften analysiert und mit den Eigenschaften der Längsfalten korreliert. Konventionelle Kathoden für LIB werden experimentell untersucht und hinsichtlich der Längsfalten und Materialeigenschaften verglichen. Eine Möglichkeit der Materialoptimierung ist die Entwicklung sogenannter Post-Lithium-Materialien, wie z. B. für die Natrium-Ionen-Batterie. Anhand von Hard Carbon (HC) Anoden wird experimentell gezeigt, dass die Erkenntnisse aus den Kathoden der LIB eingeschränkt auf HC-Anoden übertragbar sind. Durch die Anpassung der Prozessparameter können Längsfalten im erforderlichen Prozessfenster nicht verhindert werden. Daher werden Konzepte für eine zusätzliche Vorrichtung zur Reduktion der Längsfaltenbildung entwickelt und als Prototypen realisiert. Die Arbeit zeigt, dass es möglich ist, die Längsfaltenbildung mit anlagenseitigen Erweiterungen zu verhindern.