Neuer Edelstahl-Verbund zur Steigerung der Sicherheit von Pouch-Batterien

In der Batterieentwicklung kommen bislang überwiegend Aluminium-Pouches zum Einsatz, da Aluminium einige Vorteile bietet. Es ist leicht zu verarbeiten, wärmeleitfähig, korrosionsbeständig und ist zudem besonders leicht, was unter anderem im Automobilbereich wichtig ist. Jedoch gibt es bei dem Werkstoff hinsichtlich des Brandschutzes noch deutlichen Optimierungsbedarf. Ein Aluminiumbrand ist nur mit extremen Aufwand zu löschen und unter Kontrolle zu bringen und kann bereits bei Temperaturen von 650 – 1000 °C unter bestimmten Bedingungen starten, vor allem bei Aluminiumstäuben oder dünnen Folien.

Innovative Lösungen für höhere Haltbarkeit und mehr Brandschutz

Ziel des laufenden Kooperationsprojektes sind Pouchsysteme auf Basis von Edelstahl. Das Konzept kombiniert dabei eine Stahlhülle mit einem innovativen Hochbarriere-Verbundmaterial. In enger Zusammenarbeit mit Industriepartnern aus Südkorea und dem Fraunhofer ISC entsteht zunächst ein Anforderungsprofil an die Pouches mit Blick auf Brandschutz, mechanische und chemische Widerstandsfähigkeit sowie Langlebigkeit.

Technische Folienentwicklung für optimale Sicherheit

Das Expertenteam des Fraunhofer IVV bringt seine umfassende Expertise in den Bereichen Beschichtungen, Laminierung und Polymerverarbeitung in die Entwicklung einer neuen Generation von Lithium-Ionen-Batteriehüllen ein. Auf Basis des gemeinsam definierten Anforderungskatalogs werden mehrschichtige Laminatstrukturen konzipiert und hinsichtlich Materialkombinationen und Verarbeitungstechnologien evaluiert.

In anschließenden Pilotproduktionen auf den technischen Anlagen des Instituts wird die Basisfolie – vorgesehen als Siegelfolie im Gesamtsystem – durch Compoundierung und Extrusion hergestellt. Die funktionale Ausstattung erfolgt über Lackier- und Laminierverfahren einhergehend mit der Evaluierung eines im Projekt entwickelten Spezialklebstoffs. Für eine optimierte Verbundhaftung und erhöhten Korrosionsschutz kommt das patentierte ORMOCER®-Material des Fraunhofer ISC zum Einsatz.

Im iterativen Prozess zwischen Charakterisierung, Pilotproduktion und Materialauswahl realisiert das Team Folien mit optimalen Eigenschaften. Hier stehen vor allen die Themen Siegelfestigkeit auch bei höheren Temperaturen, eine gute Verbundhaftung zwischen Stahl und Polymerfolien sowie die Dichtigkeit der Siegelschicht und Siegelung im Mittelpunkt der forschungsseitigen Zielstellungen. Diese Parameter sind entscheidend für die sichere und langlebige Funktion von Batteriepouches in anspruchsvollen Einsatzszenarien.