ExZellTUM

Exzellenzzentrum für Batterie-Zellen an der Technischen Universität München

Laufzeit der angegebenen Teilprojekte: 01.08.2012 bis 31.12.2015
Fördersumme der angegebenen Teilprojekte: 5.594.875,00 €
Projektvolumen der angegebenen Teilprojekte: keine Angabe

 

Teilprojekt 1

Exzellenz-Zentrum für Batterie-Zellen an der Technischen Universität München 

Förderkennzeichen: 03X4633A

Technische Universität München, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik - Lehrstuhl für Elektrische Energiespeichertechnik
80333 München
zum Internetauftritt

Teilprojekt 2

Produktionstechnik für Lithium-Ionen-Zellen

Förderkennzeichen: 03X4633C

TÜV Süd Battery Testing GmbH, Sicherheitslabor
85748 Garching
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Teilprojekt 3

Förderkennzeichen: 03X4633D

Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik, Projektgruppe Ressourceneffiziente mechatronische Verarbeitungsmaschinen
86153 Augsburg
zum Internetauftritt

Teilprojekt 4

Förderkennzeichen: 03X4633E

Manz AG
72768 Reutlingen
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Teilprojekt 5

Förderkennzeichen: 03X4633F

Bayerische Motoren Werke AG
80788 München
zum Internetauftritt

Fördergeber: BMBF, Referat 511

Projektträger: PT-J

Leistungsplansystematik:
KB2220 Li-Ionen-Batterien

Förderprofil:
Technologie- und Innovationsförderung

Förderart:
PDIR

Ausführliche Beschreibung des Verbundprojektes

Herausforderungen und Ziele

Im „Exzellenzzentrum für Batteriezellen an der Technischen Universität München“ (ExZellTUM) wird die komplette Prozesskette zur Fertigung leistungsfähiger elektrischer Energiespeicher in einem Kompetenzzentrum abgebildet. Damit werden die fachlichen Bereiche Chemie, Elektrotechnik, Physik und Maschinenwesen an einem Standort interdisziplinär vernetzt. Die inhaltlichen Ziele sind die Optimierung bestehender Produkte und Fertigungsprozesse sowie die Entwicklung neuer Systeme für zukünftige elektrische Energiespeicher. Möglich wird dies durch einen geschlossenen Qualitätsregelkreis, der alle Produkt- und Fertigungsparameter in Bezug auf die Qualität und die Leistungsfähigkeit analysiert und optimiert. Ergänzend werden in begleitenden Industrieprojekten Ergebnisse zielgerichtet in die Anwendung transferiert.


Inhalt und Arbeitsschwerpunkte

Materialentwicklung und Prototypenfertigung:
Die Herstellung von größeren Zellen wird zunächst im Labormaßstab erprobt. Geeignete Materialsysteme für die Anode und für die Kathode werden ausgewählt und morphologisch einzeln und in Suspension charakterisiert. Für die elektrochemische Charakterisierung werden Elektroden hergestellt und zu Halb- und Vollzellen zusammengefügt.
Untersuchungen zu den Prozesschritten wie Mischen, Beschichten, Fertigen und weitere diagnostische Messungen werden ebenfalls im Labormaßstab durchgeführt.
Bearbeitet werden: Beschichtungsfluide und Modellelektroden, Einzellermessung, diagnostische Messungen zu Alterung und Sicherheit sowie Untersuchungen der Morphologie des Zellmaterials.

Zellauslegung und Zelloptimierung:
Eine simulationsgestützte Auslegung ermöglicht es dem Entwickler, das elektrische und thermische Verhalten der Batterie vorauszusagen und zu optimieren. Hierbei können in der Entwicklungsphase eines Batteriespeichers konkrete Aussagen über Zellgeometrie und Batteriekomponenten getroffen werden. Vor allem in großflächigen Zellen kann eine inhomogene Verteilung der Stromdichte zu lokaler Überhitzung, Abscheidung von metallischem Lithium (Lithium-Plating) und beschleunigter Alterung führen. Betrachtet werden in diesem Teilprojekt: Zellmodellierung, Zelldesignoptimierung für Schnellladung, Optimierung der Stromdichteverteilung und Sicherheitsaspekte des Zelldesigns.

Formierungs- und Teststrategien:
Die während der Formierung ausgebildeten Passivierungsschichten in der Zelle haben großen Einfluss auf die daraus folgenden Zelleigenschaften wie Leistung, Qualität, Alterungsverhalten und Sicherheit. Diese Eigenschaften sollen mit vorwiegend dynamischen Messmethoden erfasst werden. Die hierfür benötigten
Testsysteme werden in die Produktionsanlage integriert, sodass der zeitliche und logistische Aufwand minimiert werden kann. Ergänzend dazu stehen am Forschungsreaktor Untersuchungsmethoden mit Neutronenstrahlung zur Verfügung. Die Arbeiten umfassen: neue Formierungsstrategien, integrierte Testsysteme zur Qualitätseinstufung, Lebensdauertestung und Untersuchungen mit Neutronenmethoden.

Zellherstellung:
Im Rahmen dieses Teilprojekts entsteht eine Forschungsproduktionslinie für Lithium-Ionen-Zellen. Dabei wird die komplette Wertschöpfungskette ausgehend von der Beschichtung der Elektroden bis hin zur fertigen Pouch-Zelle aufgebaut und wissenschaftlich betrachtet. Die Arbeitspakete gliedern sich im Einzelnen in:
prozessübergreifende Qualitätssicherung, Mischen, Beschichten, optische Technologien zur Qualitätssicherung, Laserstrahltrennen, Elektrodenreinigung, Zellbildung, Elektrolytbefüllung und Versiegelung.


Kurzkategorisierung

Energiespeichertypen

Metall-Ionen-Batterien, Metall-Schwefel (nicht thermal)

Anwendungsfelder

Undefiniert

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung, Dienstleister, Industrie


Schlagworte der Teilprojekte des Verbundprojekts

Teilprojekt 1

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien

Metall-Schwefel (nicht thermal) Lithium-Schwefel

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung Universität

Teilprojekt 2

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien

Metall-Schwefel (nicht thermal) Lithium-Schwefel

Förderempfänger

Dienstleister Prüfen, Testen, Verifizieren und Zertifizieren

Teilprojekt 3

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien

Metall-Schwefel (nicht thermal) Lithium-Schwefel

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung außeruniversitäre Einrichtung

Teilprojekt 4

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien

Metall-Schwefel (nicht thermal) Lithium-Schwefel

Förderempfänger

Industrie Anlagen-, Maschinenbau und Automatisierung

Teilprojekt 5

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien

Metall-Schwefel (nicht thermal) Lithium-Schwefel

Förderempfänger

Industrie Automobil

Verbundprojektleiter

Herr Prof. Dr. Andreas Jossen
Technische Universität München
Lehrstuhl für Elektrische Energiespeichertechnik
Arcisstr. 21
80333 München

Telefon: +49 89 289-26967
Fax: +49 89 289-26968
E-Mail: andreas.jossen@tum.de


Pressekontakt

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