Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWMEffiziente Batterietechnologien sind entscheidend, um nationale und europäische Klimaziele zu erreichen. Zwar dominieren derzeit Lithium-Ionen-Systeme den Markt, doch sie stoßen zunehmend an physikalische und technologische Grenzen. Lithium-Metall-Batterien gelten deshalb als vielversprechende Nachfolger mit großem Potenzial. Im EU-Projekt »STELLAR« (Safe, Sustainable, and High-Throughput Production of Reliable Lithium Metal Anodes for Gen 4B/4C/5 Batteries) entwickeln wir gemeinsam mit 16 europäischen Partnern eine kosteneffiziente Rolle-zu-Rolle-Testanlage für die Produktion von Lithium-Metall-Anodenfolien.
Lithium-Metall-Anoden effizient fertigen und präzise überwachen: Fortschritt durch Rolle-zu-Rolle-Technologie
Projekt »STELLAR«: Sichere, nachhaltige und hochproduktive Herstellung zuverlässiger Lithium-Metall-Anoden für Batterien der Generationen 4b/4c/5
Dabei läuft die Folie kontinuierlich über eine Anlage, wird mit einer präzisen Lithium-Schicht beschichtet und anschließend wieder aufgewickelt. Diese Technologie ermöglicht eine industrielle Fertigungskapazität von rund 60 Kilometern Anodenfolie pro Jahr. Die Schichtdicke des Lithiums lässt sich dabei präzise zwischen 5 und 15 Mikrometern steuern. Auf diese Weise schaffen wir die Grundlage für eine sichere und nachhaltige Batteriegeneration.
Lithium-Metall-Batterien – Schlüssel zur nächsten Speichertechnologie
Lithium-Metall-Batterien bieten im Vergleich zu klassischen Lithium-Ionen-Systemen eine deutlich höhere Energiedichte: Sie speichern mehr Energie bei gleichem Gewicht und ermöglichen dadurch längere Betriebszeiten – ein klarer Vorteil für Elektromobilität und tragbare Elektronik.
Die größte Herausforderung liegt in der sicheren und reproduzierbaren Fertigung der empfindlichen Anoden, da Lithium hochreaktiv ist. Deshalb erfolgt das Auftragen der sehr dünnen Lithium-Schicht auf hauchdünne Kupferfolien in speziell kontrollierten Vakuumkammern.
Inline-Qualitätskontrolle unter Vakuumbedingungen
Ein zentraler Schwerpunkt unserer Arbeit im Projekt »STELLAR« liegt auf der Inline-Kontrolle der Folieneigenschaften während des gesamten Produktionsprozesses, besonders unter den anspruchsvollen Vakuumbedingungen, in denen die Lithium-Metall-Anoden entstehen. Nur eine präzise und kontinuierliche Qualitätsüberwachung gewährleistet Batterien, die langlebig, ressourcenschonend und für moderne Anwendungen geeignet sind.
Dabei bringen wir unsere umfassende Expertise im Schwerpunkt der optischen Messtechnik ein. Im Projekt untersuchen wir unterschiedliche Verfahren zur Inline-Überwachung zentraler Parameter wie Schichtdicke, Oberflächenrauheit, elektrische Leitfähigkeit und Schnittkantenqualität auf ihre praktische Anwendbarkeit und Leistungsfähigkeit. Mit unserem breiten Messtechnik-Portfolio passen wir die am besten geeigneten Methoden an die sehr spezifischen Anforderungen individuell an.
Verfahren zur Herstellung von Lithium-Metall-Anodenfolien
Projektförderung und Laufzeit
Die Projektkoordination liegt bei der belgischen Firma Avesta Holding, bei denen als Entwickler und Hersteller von Lithium-Batterien die Pilotanlage demonstriert wird. Die Europäische Kommission stellt für die vierjährige Projektlaufzeit vom 1. Juni 2025 bis zum 31. Mai 2029 insgesamt 7,9 Millionen Euro an Fördermitteln bereit. Dabei werden wir für die Entwicklung der optischen Messtechnik mit ca. 757.000 Euro gefördert.
Projektpartner
- AVESTA Holding
- AGC Glass Europe
- Fundación CIDETEC
- Comau S.p.A
- Asociación Centro Tecnológico CEIT
- Fraunhofer-Gesellschaft
- Carl Zeiss AG
- Carl Zeiss Spectroscopy GmbH
- Università di Torino (Universität Turin)
- Politecnico di Milano
- IKERLAN, S. Coop.
- HSSMI Consulting Ltd
- LiPlanet e.V.
- INOVA+, Innovation Services S.A.
- CSEM, Centre Suisse d'Innovation de Renommée Internationale
- Belenos Clean Power Holding AG