Entwicklung einer Methodik zur Auslegung und Skalierung kontinuierlicher Dispergierprozesse in der Lithium-Ionen-Batterieproduktion mittels simulativer und experimenteller Untersuchungen
Teilprojekt 1
Laufzeit: 01.10.2019 bis 30.09.2022
Fördersumme: 272.472,00 €
Projektvolumen: 272.472,00 €
ausführende Stelle:
Karlsruher Institut für Technologie - Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik (MVM) - Arbeitsgruppe Verfahrenstechnische Maschinen (VM)
Str. am Forum
8
76131 Karlsruhe
Fördergeber: BMBF, Referat 523
Förderkennzeichen: 03XP0239A
Projektträger: PT-J
Leistungsplansystematik:
KB2220 Li-Ionen-Batterien
Förderprofil: Technologie- und Innovationsförderung
Förderart: PDIR
Es liegt keine Beschreibung des Teilprojektes vor.
Laufzeit der angegebenen
Teilprojekte: 01.10.2019 bis 30.09.2022
Fördersumme der angegebenen
Teilprojekte: 794.851,00 €
Projektvolumen der angegebenen
Teilprojekte: 794.851,00 €
Teilprojekt 1:
Förderkennzeichen: 03XP0239A
Karlsruher Institut für Technologie - Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik (MVM) - Arbeitsgruppe Verfahrenstechnische Maschinen (VM)
76131 Karlsruhe
Teilprojekt 2:
Förderkennzeichen: 03XP0239B
Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, Battery LabFactory Braunschweig
38106 Braunschweig
Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, Fakultät 4 - Maschinenbau - Institut für Partikeltechnik
38104 Braunschweig
Fördergeber: BMBF, Referat 523
Projektträger: PT-J
Leistungsplansystematik:
KB2220 Li-Ionen-Batterien
Förderprofil: Technologie- und Innovationsförderung
Förderart: PDIR
MultiEx behandelt die simulationsgestützte Optimierung des Extrusionsprozesses für Lithium-Ionen-Batteriekathodensuspensionen. Dafür werden Experimente und mehrskalige simulative Untersuchungen durchgeführt, um den Prozess hinsichtlich Suspensionsqualität, verbesserter Schneckenkonfigurationen und höherer Durchsätze zu optimieren.
Experimentelle Untersuchungen in Vorgängerprojekten haben gezeigt, dass die Verteilung des Leitfähigkeitsadditivs innerhalb der Elektrodenstruktur die Leistungsfähigkeit der gefertigten Batteriezelle entscheidend beeinflusst. Dies kann einen wertvollen Beitrag dazu liefern, die Leitrußstruktur in Bezug auf eine gesteigerte Energie- und Leistungsdichte zu optimieren.
Hierfür wird im Projekt unter anderem eine Prozessroute mit trockener Vorstrukturierung der Leitruße mit Aktivmaterialien untersucht. Umfangreiche simulative Studien unter Zuhilfenahme der Diskrete-Elemente-Methode (DEM) bieten dabei eine flexible und kostengünstige Möglichkeit, den Trockenmischprozess und den Einfluss der relevanten Prozessparameter zu untersuchen. Die Ergebnisse des Trockenmischvorgangs bilden die Ausgangssituation für die anschließende kontinuierliche Nassdispergierung in einem Extruder.
Um ein tiefgreifendes Verständnis des Dispergierprozesses zu erlangen, werden mikro- (DEM) und makroskalige (CFD) Simulationen durchgeführt. Aus den Ergebnissen der Simulationen auf der Mikroskala sind anschließend Kinetikvorschriften abzuleiten, welche die dynamischen Vorgänge des Leitrußaufschlusses in Abhängigkeit der während des Mischvorgangs wirkender Kräfte mathematisch beschreiben.
Zeitgleich untersuchen makroskopische Simulationen mittels CFD die innerhalb der Extrudergeometrie herrschende Strömungsbedingungen. Schließlich erfolgt die Kopplung beider Skalen mittels Populationsbilanzen. Dies liefert wichtige Informationen über die Beanspruchung des Leitrußes in der Suspension und schließlich über die Partikelgröße, die mit gegebenen Prozessparametern erreicht werden kann.
Quelle: https://www.prozell-cluster.de/projekte/multiex/ (jüngster Zugriff: 07.05.2020)
Metall-Ionen-Batterien
mobil, stationär
Forschungs- und Entwicklungseinrichtung
schwarze Schlagworte: charakterisieren das Teilprojekt
graue und schwarze
Schlagworte: charakterisieren das komplette Verbundprojekt
Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien
Zelle Produktionsequipment
Zelle Elektroden Kathode
Zelle Elektroden Kathode Additive Leitfähigkeitsadditive
Zelle Elektroden Kathode Aktivmaterial
Produktion Zelle mit Flüssigelektrolyt Elektrodenfertigung Beschichten Direktbeschichten bzw. Extrusion
Produktion Zelle mit Flüssigelektrolyt Elektrodenfertigung Beschichten nass
Produktion Zelle mit Flüssigelektrolyt Elektrodenfertigung Mischen trocken
Produktion untersuchte Eigenschaften, Arbeitsfeld Prozessoptimierung Durchsatzzeit
Produktion untersuchte Eigenschaften, Arbeitsfeld Prozessoptimierung Energiedichte
Produktion untersuchte Eigenschaften, Arbeitsfeld Prozessoptimierung Leistungsdichte
Produktion untersuchte Eigenschaften, Arbeitsfeld Prozessoptimierung Qualität
Produktion untersuchte Eigenschaften, Arbeitsfeld Prozessverständnis
Analytik und Charakterisierung Modellentwicklung
Analytik und Charakterisierung Methode Modellierung und Simulation Simulation mikroskalig Diskrete-Elemente-Methode (DEM)
Analytik und Charakterisierung Methode Modellierung und Simulation Simulation makroskalig numerische Strömungsdynamik (CFD)
mobil
stationär
Forschungs- und Entwicklungseinrichtung Universität
Forschungs- und Entwicklungseinrichtung außeruniversitäre Einrichtung
Telefon: +49 721 608-42404
E-Mail:
hermann.nirschl@kit.edu
Herr Prof. Dr. Hermann Nirschl
Karlsruher Institut für Technologie
Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik (MVM)
Straße am Forum 8
76131 Karlsruhe
Telefon: +49 721 608-42404
Herr Prof. Dr. Herrmann Nirschl
Karlsruher Institut für Technologie - Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik (MVM) - Arbeitsgruppe Verfahrenstechnische Maschinen (VM)
Str. am Forum 8
76131 Karlsruhe
Telefon: +49 721 608-42404
Fax: +48 721 608-42405
E-Mail: hermann.nirschl@kit.edu
zum Internetauftritt
kein Pressekontakt
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