Neue Produktionsmethode zur schnelleren Herstellung von Festkörperbatterien

Im Detail

Festkörperbatterien bieten zahlreiche Vorteile gegenüber Lithium-Ionen-Akkus: Sie sind nicht brennbar, haben eine höhere Energiedichte und eine längere Lebensdauer. Bislang fehlte jedoch eine skalierbare Produktionsmethode. Forschende des Fraunhofer IPA haben im Projekt »Erforschung neuer Misch- und Sintertechnologien für gradierte keramische Festkörperelektrolyte«, kurz EMSiG, gemeinsam mit den Unternehmen Dr. Fritsch Sondermaschinen GmbH und Dr. Fritsch GmbH & Co KG eine solche Methode entwickelt.

Die Forschenden nutzten im Projekt keramische Festkörperelektrolyte auf Basis von Lithium-Aluminium-Titan-Phosphat (LATP), welche frei von kritischen Rohstoffen sind. Bislang werden derartige Materialien noch nicht im großen Stil produziert, jedoch könnte die industrielle Produktion einer steigenden Nachfrage einfach angepasst werden.

Im Projekt wurde ein Verfahren entwickelt, bei dem die Ausgangspulver unter hohem Druck und vergleichsweiße niedrigen Temperaturen gesintert werden. Dabei brachte das Team zunächst neben Kathoden-, Anoden- und Elektrolytschicht Zwischenschichten ein, um den Elektrolytanteil nicht allzu abrupt ansteigen zu lassen. Diese graduellen Übergänge verringern mechanische Spannungen und verbessern Übergangswiderstände in der gesinterten Batterie. Das so genannte FAST/SPS-Sinterverfahren erwies sich insbesondere hinsichtlich der Effizienz als ideales Verfahren. Statt eines Zeitaufwandes von Stunden bei herkömmlichen Sinterverfahren, dauert der Herstellungsprozess beim FAST/SPS-Sintern nur wenige Minuten. Durch die verringerte Temperatur und Zeit gegenüber einer herkömmlichen Sinterung können hierbei die einzelnen Bestandteile der Batterie in einem einzigen Schritt zusammen als Komposit gesintert werden.

Dies ermöglicht eine Skalierung zu größeren Durchsätzen und legt damit die Basis für eine industrielle Produktion von keramischen Festkörperbatterien.