Исследовательский проект IDEEL направлен на запуск процесса лазерной сушки для более экологичного и экономичного серийного производства литий-ионных аккумуляторов. В этом контексте теперь впервые стало возможным производить высушенные лазером аноды и катоды LFP в рулонном процессе. Инновационный производственный процесс значительно снижает потребление энергии при производстве электродов и в то же время позволяет удвоить скорость сушки.
В рамках исследовательского проекта IDEEL (Внедрение процессов лазерной сушки для экономичного и экологического производства литий-ионных аккумуляторов) под руководством Laserline GmbH производство анодов и катодов LFP с лазерной сушкой с использованием процесса рулонного производства было успешным для первый раз. Основываясь на отраслевых электродных пастах, PEM (технология производства компонентов электронной мобильности) смогла продемонстрировать технологичность катодов и анодов LFP на водной основе в прототипной системе в eLab RWTH Aachen University. В сотрудничестве с MEET (Мюнстерский исследовательский центр электрохимических энергетических технологий) были оценены качественные характеристики и разработаны оптимизированные электродные пасты. Для демонстрационных испытаний в систему пленочного покрытия был интегрирован высокопроизводительный диодный лазер Laserline с зум-оптикой. для создания однородного лазерного пятна для сушки активного материала. Распределение температуры на электроде контролировали с помощью термографической камеры Optris GmbH. Проверка концепции была проведена при скорости полотна 1,3 м/мин, при этом были успешно продемонстрированы как чисто лазерная сушка, так и гибридная сушка с использованием лазера и конвекционной печи.
Согласно первоначальным результатам, инновационный производственный процесс снижает потребление энергии при производстве электродов до 85 процентов благодаря исключительно лазерной сушке. Исследование гибридного процесса также показало, что по сравнению с чисто конвекционной сушкой скорость сушки можно увеличить вдвое за счет добавления лазерной станции. В целом производство аккумуляторов можно сделать более рентабельным и устойчивым. Сравнительный эталонный анализ качественных характеристик (остаточное содержание влаги в активном материале, адгезия покрытия к пленке-основе) конвекционных и лазерно-высушенных электродов подтвердил это увеличение производительности. На данный момент результаты проекта демонстрируют, что процессный подход подходит не только для новых заводов, но и,
В дальнейшем ходе проекта планируется масштабирование скорости полотна до 10 м/мин (Fraunhofer ILT) и в конце проекта до 30 м/мин (Coatema Coating Machinery GmbH). С этой целью Laserline в настоящее время разрабатывает оптику для создания лазерного пятна большой площади. Первоначальные результаты исследований также показывают, что в будущем возможно уменьшение размера системы в 10 раз.
ПРОЕКТ IDEEL
Проект IDEEL (Внедрение процессов лазерной сушки для экономичного и экологического производства литий-ионных аккумуляторов) представляет собой исследовательское сотрудничество под руководством Laserline GmbH и при поддержке Федерального министерства образования и исследований в рамках программы финансирования Battery 2020. Подробности о других партнерах по проекту: Coatema Coating Machinery GmbH и Optris GmbH, а также Институт лазерных технологий Фраунгофера (ILT), Исследовательский центр Fraunhofer Facility Research Manufacturing Battery Cell (FFB) в Мюнстере, Мюнстерский исследовательский центр электрохимической энергетической технологии (MEET). Центр WWU Münster и Технологии производства компонентов электронной мобильности (PEM) в RWTH Aachen University. Целью трехлетнего проекта является разработка отраслевого процесса лазерной сушки.
Прежде всего, это новая электродная паста, оптимизированная для использования в лазерах в качестве материала покрытия (PEM RWTH, MEET WWU), высокоэффективная лазерная система с однородным пятном большой площади (Laserline) и термографическая камера с высокой степенью интеграции для бесконтактного мониторинга процесса. (Optris, Laserline, Fraunhofer ILT). Исходя из этого, процесс лазерной сушки в демонстраторе (Coatema) должен быть масштабирован до типичных для отрасли скоростей подачи, и, наконец, должна быть проверена физическая модель нового процесса сушки (ILT, FFB).
Результаты исследования должны в будущем перетекать в процессы FFB. FFB считается одним из знаковых проектов в области исследований аккумуляторов в Германии и должен быть расширен до центра разработки современного производства аккумуляторных элементов для Германии и ее европейских партнеров. Цель состоит в том, чтобы уменьшить зависимость немецких и европейских производителей от мирового рынка. Поэтому в настоящее время на площадке в Мюнстере создается полная производственная инфраструктура, с помощью которой компании и исследовательские институты могут тестировать и оптимизировать серийное производство новых батарей.
ЛАЗЕРНАЯ СУШКА В КОНТЕКСТЕ ПРОИЗВОДСТВА АККУМУЛЯТОРОВ
Процесс сушки, рассматриваемый в рамках проекта IDEEL, является частью производства электродов для мощных аккумуляторных элементов, например, используемых в электромобилях или домашних системах хранения. Он используется для сушки электродной пасты (суспензии), которая состоит из специально подобранной однородной смеси активных материалов и наносится на медную фольгу электрода батареи. До сих пор для тепловой сушки этого электродного покрытия использовались конвекционные сушилки, но они только косвенно передают свою тепловую энергию материалу и, таким образом, CO 2- Сильно обременяют баланс и энергозатраты на производство аккумуляторов. Поэтому партнеры по проекту IDEEL делают ставку на расширение более энергоэффективного процесса сушки, при котором покрытие облучается с помощью мощных диодных лазеров. Этот процесс выигрывает от хорошего поглощения инфракрасного лазерного излучения материалом покрытия, обеспечивает более гибкое и точное управление процессом по сравнению с традиционной конвекционной технологией и направлен на демонстрацию скорости полотна до 30 метров в минуту в проекте. Благодаря компактной конструкции и эффективной передаче энергии участки сушки, занимающие большую площадь, длина которых обычно превышает 100 метров, должны быть значительно сокращены.
