Infolge der zunehmenden Elektrifizierung des Mobilitätssektors mit dem Ziel die Emission klimaschädigender Gase zu reduzieren, wächst auch der Bedarf an Lithium-Ionen-Batterien (LIB), welche eine wesentliche Schlüsselkomponente für die Bereitstellung von Elektrofahrzeugen darstellen. Um dieser stetig steigenden Nachfrage gerecht zu werden, müssen die LIB-Produktionsprozesse kosten- und zeiteffizienter gestaltet und umgesetzt werden.
Bei der aktuellen Zellfertigung der LIB bestehen insbesondere Einsparungspotenziale bei der Konfektionierung der Elektroden, dem zeitintensiven Stapeln des Elektrode-Separator-Verbunds und bei der Kontaktierung der einzelnen Anoden- und Kathodenlagen sowie der ganzheitlichen Verkettung der genannten Teilprozesse.
Ziel des Projektes ist es daher in dem Projektkonsortium bestehend aus TU Braunschweig, TU Berlin und dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik eine Hochdurchsatzproduktion von LIB zu entwickeln, wobei die Teilprozesse Konfektionieren, Stapeln und Kontaktieren optimiert und zeiteffizient miteinander verknüpft werden. Dabei werden nicht-wertschöpfende Prozessschritte, wie beispielsweise Pick-and-Place Prozesse durch eine kontinuierliche automatisierte Verfahrensgestaltung ersetzt. Auf diese Weise sollen die Herstellungszeiten pro Elektrode von der Größenordnung >1 s auf <0,2 s reduziert werden.
Das Institut für Füge- und Schweißtechnik beschäftigt sich in dem Projekt mit dem Prozessschritt der Konfektionierung, also dem Ausschneiden der Elektrodenkontur. Hierbei wird das Vereinzeln der Elektroden mittels Laserstrahlung untersucht. Die Nutzung des Lasers bietet wesentliche Vorteile gegenüber einem mechanischen Stanzprozess, wie z.B. kurze Prozesszeit, hohe Schnittkantenqualität sowie eine geringen Werkzeugverschleiß. Eine wesentliche Besonderheit des in dem Projekt zu betrachtenden Laserschneidverfahrens obliegt der Verfahrensgestaltung.
Im Gegensatz zum herkömmlichen Laserschneiden, bei dem der Schnitt durch die Bewegung des Laserspots erfolgt, sieht der hier zu entwickelnde laserbasierte Stanzprozess eine simultane Bestrahlung der gesamten Schnittkontur vor. Hierfür wird der Laserstrahl durch ein diffraktives optisches Element (DOE) an die Schnittkontur angepasst, sodass ohne Bewegung des Laserspots die gesamte Kontur gleichzeitig geschnitten wird. Neben der Entwicklung der Laserstanze werden in dem Projekt die Potenziale und Grenzen dieser Technologie analysiert und bewertet.
BMBF
Projektpartner
Abschlussbericht
