Elektrodenfolien für Li-Ionen-Batterien bestehen aus einem Aktivmaterial (Nickel-Mangan-Kobalt-Kügelchen plus Lithium), Leitadditiven und Binder. Diese Materialien werden als Suspension auf eine Aluminiumfolie aufgebracht und dann zu einer etwa 100 µm dünnen Schicht eingetrocknet. Nicht selten entmischen sich die Bestandteile der Suspension während des Trocknungsprozesses, sodass der Binderanteil an einigen Stellen zu gering ist. Dies beeinträchtigt die Haftung der Gesamtschicht. Ein optisches Inline-Messsystem, das Fraunhofer IPM und Fraunhofer ISIT im Projekt Q-LIB gemeinsam mit den Firmen VARTA und OWIS entwickelt haben, erlaubt es nun, den Beschichtungsprozess in Bezug auf die Mischung aktiv zu regeln. So kann Ausschuss in der Produktion reduziert und die Anlaufzeit bei der Produktion von neuen Rezepturen verkürzt werden.

Inline-Messsystem mit LIBS-Technologie

Das Inline-Messsystem basiert auf laserinduzierter Plasmaspektroskopie (LIBS). LIBS ist ein laserspektroskopisches Verfahren, mit dem sich die elementspezifische Zusammensetzung einer Probe bestimmen lässt. Das System ermittelt die Materialverteilung in der Elektrodenfolie punktweise als 3D-Mapping. Damit kann sowohl das korrekte Mischungsverhältnis der Bestandteile als auch deren homogene Verteilung über das gesamte Elektrodenvolumen detektiert werden. Das macht eine Qualitätskontrolle und -regelung in Echtzeit möglich. Die Herausforderung dabei war, die Verteilung nicht nur an der Oberfläche, sondern auch tiefenaufgelöst innerhalb der gesamten Beschichtung zu messen – und zwar bei Produktionsgeschwindigkeiten von rund 20 m/min.

Kürzlich wurde das Messsystem am Fraunhofer ISIT in die Laboranlage einer Elektrodenfertigung integriert. Dort wurden Elektrodenfolien der VARTA Microbattery GmbH unter realen Produktionsbedingungen erfolgreich vermessen.