Zylindrische Batteriezellen sind in den vergangenen Jahren in der Automobilbranche immer beliebter geworden. Fraunhofer IPA und ACP Systems haben gemeinsam eine entsprechende Wickelanlage aufgebaut.
Am Fraunhofer IPA hergestellte Jelly Rolls und zylindrische Batteriezelle
Fraunhofer IPA/Rainer Bez
Das Zentrum für Digitalisierte Batteriezellenproduktion (ZDB) am Fraunhofer IPA hat gemeinsam mit der ACP Systems AG eine format- und designflexible Wickelanlage für zylindrische Batteriezellen in Betrieb genommen. Sie soll als Forschungs- und Produktionsplattform dienen, um neue Zellformate und Tab-Designs sowie Methoden zur Qualitätssteigerung und Prozessoptimierung zu erproben.
Laut Fraunhofer IPA komplettiert die Wickelanlage eine europaweit einzigartige Fertigungslinie für die vollständige Montage von Zellen für Lithium-Ionen-Batterien. Auch sei sie für zukünftige Technologien wie etwa Natrium-Ionen-Batterien gerüstet.
Vernetzung aller Prozessschritte
Alle Prozessschritte in der Fertigungskette sind vernetzt – vom Beschichten, Wickeln, Assemblieren und Befüllen bis hin zum Formieren. "Mit der Wickelanlage haben wir nun eine Lücke in der durchgängig digitalisierten Prozesskette geschlossen, die Fertigungslinie ist somit komplett", sagt Julian Grimm, Forschungsteamleiter am Fraunhofer IPA und stellvertretender Zentrumsleiter des ZDB.
Rund ein Dutzend Arbeitsschritte sind nötig, bis eine Zelle einsatzbereit ist. Beim Wickelprozess werden die positive und die negative Elektrode zusammen mit zwei Separatoren zu einem Wickel, dem sogenannten Jelly Roll, aufgerollt. Dann folgt der Zusammenbau, bei dem die Jelly Roll hochpräzise geführt werden muss. Danach wird über eine durch das mittige Loch des Wickels eingeführte Stabelektrode der Wickel mit dem Becherboden verschweißt.
Trend zu größeren Rundzellen
Die Wickelanlage dient auch als Plattform, um Zellsysteme und -formate zu entwickeln und deren Qualität zu testen. Bei Rundzellen ist aktuell ein Trend hin zu größeren Zellformaten zu verzeichnen. Problem hierbei: Je größer die Zellen sind, desto schwieriger wird es, den Strom und die Wärme abzuführen.
Laut Grimm lässt sich darauf mit individuellen Tab-Designs reagieren, etwa mit einem Design bei dem die Trägerfolie aus Aluminium und Kupfer als Strom- und Wärmeableiter diene und einen höheren Abtransport ermögliche als ein klassischer Tab.
