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Partikelfreier Abtrag von Schichtsystemen für Feststoffbatterien mittels Ultrakurzpuls-Laserbearbeitung

ISBN: 978-3-86359-648-4

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Kurzübersicht

Um die Produktion von Feststoffbatterien im Hinblick auf die Material- und damit Rohstoffeffi-zienz zu verbessern und zugleich einen wichtigen Schritt in Richtung der kontinuierlichen Pro-duktion dieses Batterietypen zu machen, bietet sich die Rolle zu Rolle Produktion an. Dabei können Batteriezellen mit minimalem Verschnitt aus einem beschichteten Band herausge-trennt werden. In dieser Arbeit wird ein Abtragsprozess mittels Ultrakurzpulslaser zur selek-tiven Ablation von Mehrschichtsystemen für die Produktion von Dünnschichtbatterien in inerter Atmosphäre entwickelt.

Partikelfreier Abtrag von Schichtsystemen für Feststoffbatterien mittels Ultrakurzpuls-Laserbearbeitung

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Details

Eine vielversprechende Batterietechnologie ist die der Dünnschicht-Feststoffbatterie, bei der einzelne Batterieschichten mittels Abscheideverfahren übereinander angeordnet werden. Der-zeit sind Dünnschichtbatterien sehr kostenintensiv in ihrer Herstellung, da die Produktion mit den Fertigungsmethoden der Halbleiterindustrie betrieben wird. Bei der Aufbringung der Batte-rieschichten durch maskenbasiertes Sputtern oder Aufdampfen müssen große Bereiche zwi-schen den einzelnen Zellen freigehalten werden, welche nicht für die Batterieproduktion zu Verfügung stehen. Um die Produktion von Feststoffbatterien im Hinblick auf die Material- und damit Rohstoffeffizienz zu verbessern und zugleich einen wichtigen Schritt in Richtung der kontinuierlichen Produktion dieses Batterietypen zu machen, bietet sich die Rolle zu Rolle Pro-duktion an. In Durchlauf-Sputteranlagen und Verdampfern kann ein Substratband kontinuier-lich mit einem Schichtaufbau für Dünnschichtbatterien versehen werden, wonach Batteriezel-len mit minimalem Verschnitt aus dem beschichteten Band herausgetrennt werden können.
In dieser Arbeit wird ein Abtragsprozess mittels Ultrakurzpulslaser zur selektiven Ablation von Mehrschichtsystemen für die Produktion von Dünnschichtbatterien in inerter Atmosphäre ent-wickelt. Dabei wird insbesondere auf die mit dem Laserabtrag verbundene Problematik der Partikelentstehung und deren Entfernung eingegangen. Durch die Analyse der Partikelausbrei-tung sowie der Konzeption und Konstruktion eines Systems für die partikelfreie Bearbeitung von beschichteten Foliensubstraten können Rückschlüsse auf erreichbare Oberflächenreinhei-ten bei der Laserablation in einem durchströmten Spalt geschlossen werden.
Bei der Laserablation innerhalb des Batterieschichtstapels ist feststellbar, dass erst die Verwen-dung von ultrakurzen Pulsen im Bereich von Femtosekunden den selektiven Abtrag des Mehr-schichtsystems ermöglicht. Größere Pulsdauern führen zu ungewolltem Absprengen der Schichten. Die maximale Höhe der ausgeworfenen Partikel wird binnen der ersten 100 μs nach dem Auftreffen des Laserpulses erreicht. Eine weitere laterale Ausdehnung der Partikel-wolke findet im Anschluss statt, wobei die Partikel aufgrund ihrer geringen Größe und Masse auch für Beobachtungszeiten im Bereich von bis zu 100 ms keine nennenswerte Abwärtsbe-wegung in Richtung der Schichtoberfläche vollziehen. Unmittelbar oberhalb des Substrats eig-nen sich sowohl laminare als auch turbulente Strömungen zur Partikelentfernung bei der La-serablation im durchströmten Spalt. In beiden Fällen lässt sich die Partikelbelastung der Ober-fläche um bis zu 90 % verringern. Die sich somit ergebende Oberflächenreinheit ist im SCP-Klassifizierungsbereich oberhalb von SCP 5 bis 6 anzusiedeln.

Zusatzinformation

Autor Hördemann, Christian
ISBN/Artikelnr. 978-3-86359-648-4
Gewicht 0.206 kg
Erscheinungsdatum 08.08.2018
Lieferzeit 3-4 Tage
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