Festkörperbatterien stellen als Weiterentwicklung der konventionellen Lithium-Ionen-Batterie aufgrund ihrer erhöhten Energie- und Leistungsdichte sowie der gesteigerten Sicherheit eine besonders aussichtsreiche Technologie dar. Mithilfe der Substitution des brennbaren Flüssigelektrolyten durch einen festen Li-Ionenleiter auf Sulfidbasis ergeben sich neben den genannten Vorteilen Herausforderungen an die Zellassemblierung infolge neuartiger Materialeigenschaften. Zusätzlich zur hohen Reaktivität des Schwefels mit Wasser aus der Prozessumgebung, wirft die Möglichkeit des bipolaren Aufbaus der Batteriezelle, bei dem einzelne Zelleinheiten mithilfe von Bipolarplatten in Reihe miteinander verbunden werden, weitere handhabungstechnische Fragestellungen auf. Dabei stellt, neben der Ablagegenauigkeit, die initiale Ladung nach der Stapelbildung, aufgrund der sich einstellenden Potentialdifferenz, eine erhöhte Anforderung an den gesamten Prozessablauf dar.
Ziel des Projekts ist die Bewertung skalierbarer Prozesstechnologien von der Synthese des Elektrolyten bis hin zum Aufbau bipolarer Festkörperbatterien. Die bipolare Stapelung würde eine weitere Steigerung der Energiedichte ermöglichen. Darüber hinaus sollen Optimierungen auf Materialebene vorgenommen werden, um beispielsweise die Eigenschaften der Elektrolyt/Elektroden-Grenzfläche zu verbessern. Schließlich werden Untersuchungen zur elektrochemischen Leistung und Sicherheit durchgeführt, um Empfehlungen für die Industrialisierung der SSB-Produktion abzuleiten. Zur Etablierung dieser Zellen ist das übergreifende Ziel des IWF innerhalb dieses Projektes die Erarbeitung skalierbarer Prozesstechnologien für die Prozessschritte des Zellbaus und deren Evaluierung hinsichtlich der Skalierbarkeit vom Labor- zum Produktionsmaßstab. Dazu lassen sich drei Schwerpunkte ermitteln.
Mithilfe einer umfangreichen mechanischen Charakterisierung sowie gezielter Exposition an unterschiedlichen Prozessatmosphären der sulfidbasierten Kathoden- und Separatorschichten wird im ersten Schwerpunkt eine Ausgangsbasis zur Entwicklung der Produktionsprozesse geschaffen. Die Entwicklung der Produktionsprozesse ist der zweite Projektschwerpunkt und gliedert sich in die Teilprozesse der Handhabung in der Stapelbildung, der Kontaktierung und der Einhausung auf. Aus der Zusammenstellung der ermittelten Prozess-Produkt-Wirkbeziehungen entsteht im dritten Schwerpunkt des Projekts ein materialangepasstes Zellbaukonzept, das neben der effizienten Prozessierung in verknüpften Prozessen insbesondere die Skalierung zur industriellen Produktion in den Vordergrund stellt.