Elektromobilität ist eine wichtige Säule zur Reduzierung von CO₂-Emissionen. In der überwiegenden Zahl von E-Fahrzeugen werden aktuell Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt, deren Lebensdauer aufgrund von Alterungsprozessen (Degradation) jedoch begrenzt ist. Zudem kommen häufig kritische kobalthaltige Aktivmaterialien zum Einsatz. Verbesserte und kobaltfreie Aktivmaterialien können die Lebensdauer und Nachhaltigkeit der Batterien erhöhen.

Neuartige, am Fraunhofer IKTS entwickelte, funktionale Beschichtungen von Batteriepulvern verhindern Wechselwirkungen mit dem Elektrolyten und damit die Degradation der Zellen. Für diese Entwicklung wurde das Forschungsteam vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) als Innovationsprojekt des Jahres 2025 im Förderprogramm Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF) ausgezeichnet.

Atomlagenabscheidung und Sprühtrocknung als Schlüsseltechnologien

Projektleiterin Dr. Mandy Höhn erläutert: »Unserem Team ist es gelungen, mit innovativen Beschichtungsverfahren wie der Atomlagenabscheidung und der Sprühtrocknung kobaltfreie und kobaltarme Aktivmaterialien über die Aufbringung von Beschichtungen zu optimieren. Dabei haben wir sehr vielversprechende Ergebnisse erzielt, die nachweislich zu einem stabileren Verhalten der Aktivmaterialien in den Batterien führen, wodurch erhöhte Reichweiten und kürzere Ladezeiten ermöglicht werden – ein wichtiger Schritt für die nachhaltige Elektromobilität!«

Hierfür wurden einerseits pulverförmige Aktivmaterialien mit Schutzschichten optimiert, andererseits die elektrochemischen Eigenschaften bei variierender Schichtdicke untersucht. Aus den beschichteten Aktivmaterialien beider Verfahren wurden Elektroden mittels Foliengießverfahren hergestellt. Daraus realisierte Testzellen wurden Performance- und Langzeittests unterzogen. Dr. Kristian Nikolowski, Gruppenleiter Zellentwicklung und Test, freut sich: »Die Tests zeigten für beide Verfahren sehr vielversprechende Ergebnisse. Wir konnten in Zelltests mit verschieden beschichteten Aktivmaterialien einen positiven Einfluss auf die Ratenfähigkeit und die Zyklenfestigkeit nachweisen.«

Beide entwickelten Beschichtungsverfahren sind großtechnisch skalierbar und kosteneffizient umsetzbar. Die Forschungsergebnisse bieten damit eine wichtige Grundlage für den Transfer in die Fertigung von Batterien der Zukunft.

Forschung für den Transfer in die Industrie

Die Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF) ist ein themenoffenes und vorwettbewerbliches Förderprogramm des BMWK, das kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) einen einfachen Zugang zu praxisorientierter Forschung ermöglicht.

2025 hat das BMWK erstmalig herausragende Forschungsprojekte in der IGF ausgezeichnet, um Innovationen aus allen Branchen mehr Sichtbarkeit zu verleihen. Das Projekt »Funktionale Beschichtung von Batteriepulvern« des Fraunhofer IKTS wurde von der Europäischen Forschungsgesellschaft Dünne Schichten e. V. (EFDS) eingereicht.

Am 27. März 2025 überzeugte das IKTS-Team das Fachpublikum des Kongresses zur Förderung von Innovationen mit ihrer Entwicklung funktionaler Beschichtungen von Batteriepulvern für nachhaltige und sichere Energiespeicher.

Das Forschungsteam dankt dem engagierten Firmenkonsortium des projektbegleitenden Ausschusses sowie der Europäischen Forschungsgesellschaft Dünne Schichten e. V. (EFDS) und der IGF-Förderung des Bundes für die Möglichkeit zur Teilnahme am Wettbewerb.

Über das Projekt:

Funktionale Beschichtung von Batteriepulvern

Eingereicht durch: Europäische Forschungsgesellschaft Dünne Schichten e.V. – EFDS

Laufzeit: 01.04.2022 - 31.03.2024

Vorhaben-Nr. 01IF22233N