Suchen

Batteriezellen nach Maß: schnell und automatisch gefertigt

| Redakteur: Thomas Kuther

Wissenschaftler haben ein Verfahren entwickelt, das die Stapelbildung in der Zellfertigung beschleunigt und zugleich individuelle Zellformate ermöglicht.

Firmen zum Thema

Coil2Stack: werkzeugungebundenes Verfahren zur formatflexiblen Batteriezellstapelbildung
Coil2Stack: werkzeugungebundenes Verfahren zur formatflexiblen Batteriezellstapelbildung
(Bild: Hannes Weinmann, wbk/KIT)

Die Lithium-Ionen Technologie wird immer leistungsfähiger und drängt in neue Anwendungsfelder. Der steigenden Nachfrage nach individuellen Zellformaten stehen gegenwärtig aber starr verkettete Produktionslinien gegenüber, die nicht hochwirtschaftlich und zugleich flexibel produzieren.

In der heutigen Batteriezellproduktion werden die Aktiv- und Inaktivmaterialien – bestehend aus Anode, Kathode und Separator – auf einen Wickeldorn aufgewickelt. Dieses Verfahren birgt das Risiko, dass die Batteriezelle vorzeitige Alterungserscheinungen zeigt.

Am wbk Institut für Produktionstechnik des KIT entwickeln Wissenschaftler im Rahmen des Forschungsclusters ProZell das Verfahren ‚Coil2Stack‘ und damit eine Lösung, die den Weg vom Coil (dt. Rolle) hin zum Stack (dt. Stapel) ermöglicht.

Die von den Forschern neu gestaltete Produktionsanlage mit verfahrbaren Achsen fördert, schneidet und handhabt Elektroden- und Separatorblätter variabler Breiten und Längen und stapelt sie präzise und beschädigungsfrei aufeinander. Die Länge der herzustellenden Einzelblätter ist ab 100 mm frei wählbar, die Breite der Blätter lässt sich über die Coil-Breite variieren.

Darüber hinaus ist die Position der Einzelblätter bei der Ablage selbst variabel: Sie kann beliebig definiert werden, wodurch beispielsweise trapezförmige oder stufenförmige Stapel möglich sind. Dies bietet den maßgeblichen Vorteil, dass beispielsweise die unteren Lagen im Stapel größer gestaltet werden können als die darauffolgenden.

Ein so entstehender Stufenaufbau im Zellstapel erleichtert die Integration in ein Produkt (wie etwa ein Notebook) erheblich: Das Zelldesign folgt dem zur Verfügung stehenden Bauraum statt – wie bisher – umgekehrt.

Somit sind viele Varianten möglich, ohne die Produktionskosten im Verhältnis signifikant zu steigern. Das Verfahren ermöglicht es, Zellstapel effizient, präzise und flexibel herzustellen.

Es macht die Zellproduktion an der entscheidenden Stelle flexibler: Es löst die feste Bindung an ein bestimmtes Werkzeug und integriert zeitgleich mehrere Prozessschritte, die derzeit nicht wertschöpfend sind.

Auch vorgelagerte Prozessschritte wie das Beschichten, Trocknen und Kalandrieren haben einen signifikanten Einfluss auf den Stapelbildungsprozess.

Deshalb integrierten die Forscher prozessrelevante Parameter entlang der Prozesskette und können, durch eine adaptive Einstellung der Anlagenparameter, so den Einfluss vorangehender Prozesse minimieren.

„Das Verfahren ermöglicht es, Zellstapel effizient, präzise und flexibel herzustellen. Wir beschleunigen den Produktionsprozess und machen zugleich die Produktionslinie unabhängig von Formaten“, so Prof. Dr.-Ing. Jürgen Fleischer, Institutsleiter am wbk Institut für Produktionstechnik.

Schneller und individueller produzieren

Ziel ist es, zum einen den Produktionsprozess zu beschleunigen, zum anderen die Produktionslinie unabhängig von Formaten zu machen. Somit lassen sich auch Kleinserien und geringe Stückzahlen ohne Umrüstmaßnahmen an der Anlage kosteneffizient realisieren.

Aufgrund der Funktionsintegration lassen sich Herstellungskosten sowie entstehende Ausschüsse in der Produktion reduzieren. Das Verfahren bietet ein einzigartiges Alleinstellungsmerkmal für den deutschen Maschinen- und Anlagenbau und ermöglicht eine Abgrenzung von den derzeit verbreiteten standardisierten starren und hochvolumigen Produktionslinien asiatischer Hersteller. Bei der Inbetriebnahme unterstützt Siemens das Forschungsprojekt.

Artikelfiles und Artikellinks

(ID:46459728)