MultiEx

Entwicklung einer Methodik zur Auslegung und Skalierung kontinuierlicher Dispergierprozesse in der Lithium-Ionen-Batterieproduktion mittels simulativer und experimenteller Untersuchungen

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
zum Internetauftritt

Teilprojekt 2

Förderkennzeichen: 03XP0239B

Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, Battery LabFactory Braunschweig
38106 Braunschweig
zum Internetauftritt

Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, Fakultät 4 - Maschinenbau - Institut für Partikeltechnik
38104 Braunschweig
zum Internetauftritt

Fördergeber: BMBF, Referat 523

Projektträger: PT-J

Leistungsplansystematik:
KB2220 Li-Ionen-Batterien

Förderprofil:
Technologie- und Innovationsförderung

Förderart:
PDIR

Ausführliche Beschreibung des Verbundprojektes

Herausforderungen und Ziele

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.


Inhalt und Arbeitsschwerpunkte

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)


Kurzkategorisierung

Energiespeichertypen

Metall-Ionen-Batterien

Anwendungsfelder

mobil, stationär

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung


Schlagworte der Teilprojekte des Verbundprojekts

Teilprojekt 1

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien

Forschungsgegenstand

Zelle Produktionsequipment

Zelle Elektroden Kathode

Zelle Elektroden Kathode Additive Leitfähigkeitsadditive

Zelle Elektroden Kathode Aktivmaterial

Forschungsbereiche

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)

Anwendungsfelder

mobil

stationär

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung Universität

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung außeruniversitäre Einrichtung

Teilprojekt 2

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien

Forschungsgegenstand

Zelle Produktionsequipment

Zelle Elektroden Kathode

Zelle Elektroden Kathode Additive Leitfähigkeitsadditive

Zelle Elektroden Kathode Aktivmaterial

Forschungsbereiche

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)

Anwendungsfelder

mobil

stationär

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung Universität

Verbundprojektleiter

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
E-Mail: hermann.nirschl@kit.edu


Pressekontakt

kein Pressekontakt

Typ Inhalt Aktion
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