Weitere Karteikarten Vorlesung 5 Flashcards
Schritte Zellassemblierung
- Vereinzeln 2. Stapeln / Wickeln 3. Verschweißen 4. Versiegeln (Pouch) 5. Elektrolytbefüllung
Schritte Zellfinalisierung
- Roll-Pressing (Pouch) 2. Hochtemperaturreifun 3. Formierung 4. Entgasen und Verschließen 5. Falten (Pouch) 6. Raumtemperaturreifung 7. Kontrolle
Vereinzel Prozessschritt
- Das Vereinzeln bezeichnet das Heraustrennen von Anoden-, Kathoden- und Separatorsheets aus der Rollenware (Tochtercoil).
- Das Tochtercoil wird abgewickelt und dem Vereinzelungswerkzeug zugeführt.
- Der Trennvorgang kann mit einem Scherschnitt (Stanzwerkzeug) oder mit einem Laserschnitt durchgeführt werden.
- Die vereinzelten (doppelseitig beschichteten) Sheets werden je nach Anlagenkonzept in einem Magazin gespeichert oder direkt in den nächsten Prozessschritt überführt.
- Der unbeschichtete Randbereich des Sheets dient in einem späteren Prozessschritt zum Anschweißen der Kontaktfahne.
Z-Folding
● Komplexität höher im Vergleich zum Einzelblattstapeln
● Separatorzugspannung muss genau eingestellt werden
● Höhere Prozessgeschwindigkeit als Einzelblattstapeln
● Durch Z-Fold kann der Separator im Schadensfall durch Überhitzen nicht zwischen den Elektroden zusammenschrumpfen
● Höherer Anlageninvest
Einzelblattstapeln
● Weniger komplexer Vorgang da “nur“ Pick & Place der einzelnen Sheets (Anode, Kathode, Separator)
● Anforderungen an Positioniergenauigkeit allerdings durch einzelnes einlegen der Separatorsheets noch höher als beim Z-Folding
● Niedrigere Prozessgeschwindigkeit durch höhere Anzahl von Pick & Place- Operationen
● Niedrigerer Anlageninvest
Separatoren Herausforderungen
● MöglichstgeringeMaterialstärkezurMaximierungder volumetrischen Energiedichte
● MöglichsthohemechanischeundthermischeStabilität
● ChemischeBeständigkeit
● GuteBenetzbarkeitmitElektrolyt
● HoheIonenleitfähigkeit
Schweißen der Kontaktfahnen Prozessbeschreibung
- Zunächst wird die Höhe des Stapels überprüft.
- Die Ableiter werden mittels Laserschnitt oder Stanzvorgang auf Maß geschnitten.
- Die Kontaktfahnen werden positioniert und an die Ableiter der Zelle (Anode) angeschweißt.
- Die Kontaktfahnen werden positioniert und an die Ableiter der Zelle (Kathode) angeschweißt.
- Die Lage der Schweißverbindungen wird optisch überprüft.
- Der elektrische Widerstand der Schweißverbindung wird geprüft
- Der Zellstapel wird dem Magazin oder nachgelagerten Prozessschritt zugeführt
Einbringen und Versiegeln der Pouchfolie Prozessbeschreibung
- Durch Tiefziehen wird die Tasche für den Zellstapel geformt:
● Die Aluminiumverbundfolie wird diskontinuierlich vom Coil abgewickelt.
● Zu Beginn des Tiefziehprozesses wird der Niederhalter abgesenkt und es erfolgt eine Fixierung der Aluminiumverbundfolie mit einer definierten Niederhalterkraft
● Der Tiefziehstempel formt die Halbschale aus der Aluminiumverbundfolie. Tiefziehgeschwindigkeit und Tiefziehkraft sind hierbei entscheidende Parameter für die mechanische Belastung des Materials.
Versiegeln
- Exaktes Positionieren und Einlegen des Zellstapels auf der Folienunterseite. Daraufhin wird die Folienoberseite zugeführt und aufgelegt.
- Die Pouch-Zelle wird über ein Impuls- oder Kontaktsiegeln verschlossen. Einseitig erfolgt eine Teilversiegelung, damit entstehende Gase aufgefangen werde können. Im Gegensatz dazu werden die Rundzelle und die prismatische Zelle i.d.R. über ein Laserschweißvorgang verschlossen.
Exkurs: Warum Aluminium?
● Kunststoffe sind wasserdurchlässig
● Elektrolyt reagiert mit Wasser zu Flourwasserstoffsäure (HF) ● Führt zu starker Beeinträchtigung der Zellfunktion
● Aluminium wird als Wasserbarriere eingesetzt
Elektrolytbefüllung Prozessbeschreibung
- Das Elektrolyt wird über die Dosierlanze in die Zelle eingeführt.
- Die Zelle wird in einem Wechselbetrieb mit Argon und Vakuum beaufschlagt. Hierdurch wird die Kapillarwirkung innerhalb der Zelle aktiviert.
- Evakuierung und Befüllung werden mehrmals wiederholt, sodass die Zelle zyklisch gefüllt wird.
- Der Verschluss der Öffnung erfolgt durch einen Siegelvorgang (Pouch-Zelle) oder mittels Dorneinsatz mit verschweißter Verschlussklappe (prismatische Zelle).
- Bei der prismatischen Zelle erfolgt im Nachgang ein Pre-Aging zur Vermeidung von Deformation durch Gasbildung.
Elektrolyt Bestandteile
Lösungsmitte Leitsalz Additive
Rollpressing Pouch Zelle
● OptionalerProzessnachdemBefüllen
● PlatzierenderZelleineinemspeziellenWarenträger und Beaufschlagung mit definiertem Druck (z.B. durch Rollen und Servomotor)
● GewährleistetoptimaleVerteilungundAbsorptiondes Elektrolyts
● VermeidungchemischinaktiverBereiche
● PotenzialdieBenetzungsdauersignifikantzu reduzieren
Status Quo: Trockenraum
● TrockenräumefürdieBatteriezellassem- blierung mit einer Größe von ca. 250m3
● Taupunktmitbiszu-70°Cundeiner Luftfeuchtigkeit von unter 1%
● MenschalsFeuchtequelle(ca.150g/h Wasser pro Person)
● HohejährlicheBetriebskosten
Quo Vadis: Mini-Environments
● Mini-EnvironmentszurEvakuierung einzelner Prozesse (ca. 20-50m3)
● Produkt-undprozessspezifische Anpassung der Umgebung
● MenschlicherEinflussausgeschlossen ● GeringejährlicheBetriebskosten
Wickeln Prozesseigenschaften
● BeidemWickelnwirdausSeparator,AnodeundKathodeein Jelly-Roll erzeugt. Hierzu werden die Bänder übereinandergelegt und um einen Kern gewickelt
● DieAnoden-undKathodenwerdenfürdenWickelvorgangdirekt aus den erzeugten Tochtercoils abgelängt
Herausforderungen
● WickelgenauigkeitderAnoden-undKathodenbänder
● BeschädigungsfreieHandhabungderElektrodenoberfläche
sowie der –kanten
● GreiftechnikderSheets;ÜberprüfungderAnzahlderSheets; Vermeidung elektrostatischer Aufladung
