Anschließend werden Performance, Mechanik und Sicherheit auf einem, im Maßstab 1:5 skalierten, Demonstrator der EMBATT-Technologie realitätsnah erprobt.

Aus der Produktspezifikation wird parallel dazu das Fertigungslastenheft abgeleitet. Die einzelnen Prozessschritte werden technologisch spezifiziert und anhand einer Materialflussanalyse wird das Fertigungs- und Verkettungs-
konzept erstellt. Für jeden Fertigungsschritt werden die Produkteigenschaften als Anforderungsprofil definiert und darauf aufbauend messbare Prüfkriterien bestimmt, die als sogenannte Quality-Gates (Q-Gates) Anwendung finden. Technologisch wird eine Auswahl möglicher Prüfmethoden getroffen und ein auf das Fertigungskonzept angepasstes Qualitätsprüfkonzept erarbeitet.

Im ersten Schritt des Projektes wurde ein Zellkonzept entwickelt, das die spätere Fertigbarkeit sowie die Fahrzeugintegration berücksichtigt. Das IKTS entwickelt dafür das Design der Bipolarelektrode, geeignete umweltfreund-
liche Slurryrezepturen sowie effiziente Herstellprozesse.

Basierend auf Untersuchungen zum optimalen Balancing der Elektroden wurden Bipolarelektroden mit Li₄Ti₅O₁₂ (LTO) als Anoden- und LiFePO₄ (LFP) als Kathodenmaterial hergestellt.

Durch Einsatz von LiNi_0,5Mn_1,5O₄ (LNMO) auf der Kathodenseite soll zukünftig die Zellspannung und damit die Energiedichte des Aufbaus weiter gesteigert werden. Aktuell erfolgen dafür Untersuchungen zur optimierten Synthese dieses sogenannten Hochvolt-Kathodenmaterials.

Nach der Herstellung der Bipolarelektroden in Rolle-zu-Rolle-Prozessen schließt sich das Laserschneiden des Bandes zu Einzelelektroden sowie das sogenannte Ablatieren an.

Zum Vereinzeln wird mit einem gelenkten Laserstrahl die beidseitig mit Aktivmaterial beschichtete Ableiterfolie thermisch durchtrennt, um das gewünschte Elektrodenmaß herzustellen. Dies erfolgt maschinell als kontinuierlich geführter Prozess. Entwicklungsziel ist das Erzeugen einer fehlerfreien Schnittkante mit kleiner thermischer Einflusszone. Zudem darf die
Elektrode nach dem Schneiden keine Partikelverunreinigung aufweisen.
Die optimale Schnittqualität bei geringstmöglichem Wärmeeintrag wird durch den Einsatz hochbrillanter Strahlquellen und eine verbesserte Strahleinkopplung erreicht. Durch den Schneidprozess freigesetzte Stäube werden effizient direkt an der Entstehungsstelle abgeführt.

Beim Ablatieren zur Elektrodenbearbeitung wird mit einem rasternd über die Oberfläche geführten Laserstrahl ein Teil des Aktivmaterials wieder abgetragen um Randüberhöhungen im Schichtprofil auszugleichen und um gezielt einzelne Bereiche der Elektrode komplett zu entschichten, beispielweise um später ein Dichtmittel aufzutragen. Gepulste Laserstrahlung sorgt für einen definiert gleichmäßigen Abtrag des Materials, wobei durch den Einsatz stark gebündelter Laserstrahlen bei Wellenlängen im sichtbaren und UV-Bereich hochpräzise auch feine Strukturen herausgearbeitet werden können – ein Ansatz, der großes Potential in der Batterieherstellung bietet.

Um die Komplexität der Zellfertigung zukünftig zu reduzieren, werden im Projekt außerdem Technologien entwickelt, die den Auftrag eines keramischen Separators direkt auf der Elektrode ermöglichen, sodass für die Bipolarbatterie keine zusätzliche Separatorkomponente erforderlich wäre.

In ersten Tests konnte bereits nachgewiesen werden, dass Bipolarstacks mit den hergestellten Elektroden und Separatoren die erwarteten Performance-
werte erzielen.

Kernprozess zur Herstellung der Bipolarbatterie ist das maschinelle Stapeln der zuvor konfektionierten Elektroden. Während des Stapelns wird ein Dichtmittel umlaufend auf den Rand der Elektroden aufgetragen und nach dem Auflegen jeder Elektrodenlage notwendigerweise das im Zwischenraum befindliche Gas evakuiert und eine definierte Elektrolytmenge hinzudosiert. Danach werden Sensorleitungen an die Elektroden und Leistungskontakte an den Stapel gefügt.

Im Projekt ePadFab wird eine Versuchsstapelmaschine entwickelt und aufgebaut, mit der Bipolarbatterien im Demonstratorformat reproduzierbar angefertigt werden können.

Speziell flächig ausgebildete Greiftechnik findet dabei zum Handhaben der Elektroden Verwendung. Das Evakuieren und Elektrolytbefüllen stellt maschinentechnisch die größte Herausforderung in der Entwicklung dar. In der Versuchsstapelmaschine wird ein Konzept realisiert, bei dem zwischen die Elektroden sehr dünne Ports in das Dichtmittel eingelassen sind, die nach dem Befüllen thermisch verödet werden, um die Elektrodenzwischenräume, d.h. die einzelnen Lithium-Ionen-Zellen, hermetisch abzudichten.