Fraunhofer IWS: Fluorfreie Trockenbeschichtung für Batterien

Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS finanziert die Arbeiten über das Fraunhofer-Programm ICON, das Industrial Technology Research Institute (ITRI) trägt die Projektanteile aus eigenen Mitteln. Die Partner adressieren Materialhersteller, Anlagenbauer und Zellproduzenten und zielen auf eine industrielle Umsetzung innerhalb weniger Jahre nach Projektende. Das Fraunhofer IWS treibt die Trockenbeschichtung gezielt voran. Das Projekt »Fluorfreie Binder und optimierte Aktivmaterialien erhöhen die Leistungsfähigkeit und verbessern die Nachhaltigkeit der Zellfertigung.« (Fredy) verknüpft erstmals neue neuartige Binder, modifizierte Aktivmaterialien und industrielle Prozessketten. Ziel ist eine skalierbare Fertigung ohne fluorhaltige Polymere bei gleichzeitig verbesserter elektrochemischer Leistungsfähigkeit. »Wir verknüpfen Materialentwicklung direkt mit Prozess- und Anlagenkonzepten und beschleunigen so den Transfer in industrielle Anwendungen«, sagt Dr. Benjamin Schumm, Abteilungsleiter Partikeltechnik am Fraunhofer IWS.

Trockenbeschichtung als Schlüsseltechnologie

Aktuelle Trockenbeschichtungsverfahren nutzen häufig Binder auf Basis von Polytetrafluorethylen (PTFE), deren Herstellung auf per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen (PFAS) basiert. Diese Stoffgruppe steht im Fokus regulatorischer und ökologischer Diskussionen. Das Projekt Fredy entwickelt fluorfreie Alternativen mit vergleichbarer oder verbesserter Verarbeitbarkeit. Das Fraunhofer IWS bringt seine Technologie Drytraec ein und erweitert sie um neue Materialsysteme. Der Ansatz reduziert den Einsatz kritischer Stoffe und stärkt die Nachhaltigkeit der Elektrodenfertigung. Die Herstellung von Batterieelektroden zählt zu den energie- und kostenintensivsten Prozessschritten in der Zellproduktion. Konventionelle Nassbeschichtungsverfahren nutzen Lösungsmittel, die aufwendig getrocknet und zurückgewonnen werden müssen. Dieser Prozess erfordert große Anlagen, hohe Temperaturen und einen erheblichen Energieeinsatz. Die Trockenbeschichtung verzichtet auf diese Lösungsmittel. Sie reduziert den Energiebedarf deutlich und vereinfacht die Prozesskette. Gleichzeitig stellt sie hohe Anforderungen an die eingesetzten Materialien, insbesondere an Binder, Additive und Aktivmaterialien. Diese müssen mechanische Stabilität, elektrische Leitfähigkeit und eine gleichmäßige Schichtbildung auch ohne flüssige Phase gewährleisten.

Atomic-Layer-Deposition-Technologie

Vor diesem Hintergrund gewinnen neue Materialkonzepte und integrierte Prozessansätze an Bedeutung. Sie entscheiden darüber, ob sich die Trockenbeschichtung in großem Maßstab industriell durchsetzt und zur wirtschaftlichen Herstellung moderner Batteriezellen beiträgt. Parallel optimiert das Projekt die Aktivmaterialien. Das Team nutzt die Atomic-Layer-Deposition-Technologie von ITRI, um definierte Beschichtungen auf Partikeloberflächen aufzubringen. Diese »Core-Shell-Strukturen« erhöhen die elektrochemische Stabilität und verbessern die Leistungsfähigkeit der Zellen. ITRI bringt seine Expertise in der Entwicklung solcher Partikelsysteme ein und ergänzt die Kompetenzen des Fraunhofer IWS in der Trockenbeschichtung. Das Projekt richtet sich an Materialhersteller, Anlagenbauer und Zellproduzenten. Die enge Verzahnung von Material-, Prozess- und Anlagenentwicklung verkürzt Entwicklungszyklen und erleichtert die Überführung in industrielle Fertigung. Die Zusammenarbeit stärkt zudem die technologische Souveränität im Batteriebereich in Deutschland und Taiwan. Das Projekt läuft von September 2025 bis August 2028.