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ZSW entwickelt Pilotfertigung für Hochleistungsbatterien

Stuttgart, Ulm - Der Massenmarkt für Elektromobilität wird u.a. durch den niedrigen Produktionsausstoß der Fahrzeughersteller gebremst. Das zeigen aktuell auch die Fertigungs-Verzögerungen beim US-Elektrofahrzeughersteller Tesla.

Der Einstieg in den Massenmarkt für Elektromobilität setzt neben dem Aufbau ausreichender Produktionskapazitäten für Fahrzeuge entsprechende Produktionsvolumina bei Batteriezellen voraus. Am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) in Baden-Württemberg arbeiten Wissenschaft und Industrie an einer neuen Hochleistungs-Pilotanlage für die Produktion von Batteriezellen im industriellen Maßstab.

Neue Produktionstechnik: Stapeln statt Wickeln für verbesserte Batterien
Prismatische Batteriezellen mit Flachwickeln haben sich in der Praxis gut bewährt und sind bei der deutschen Automobilindustrie weit verbreitet für den Einsatz in Elektroautos. Künftig sollen die Elektrodenbänder in der Zelle anstatt gewickelt auch gestapelt werden. Ziel ist es, Platz zu sparen und einen homogeneren Zellaufbau mit verbesserten Eigenschaften bei Langlebigkeit, Zellkapazität und Sicherheit zu realisieren. Ein Nachteil des Einzelblatt-Stapelverfahrens ist aber der geringere Durchsatz bei den derzeit verfügbaren Anlagen für die Massenfertigung, der um den Faktor zwei bis sechs niedriger ist als beim Wickeln. Zusätzlich ist bei großformatigen Zellen aufgrund der Biegeschlaffheit der Materialien die notwendige Präzision beim ultraschnellen und hochpräzisen Stapeln der einzelnen Elektroden-Blätter eine enorme Herausforderung.

Höhere Produktionsgeschwindigkeit und Präzision im Fokus
Ziel des Verbundprojektes „STACK“ am ZSW ist es, diese konkreten Nachteile zu kompensieren sowie verbesserte Zelleigenschaften gegenüber bisherigen Lithium-Ionen-Zellen nachzuweisen. Im Fokus stehen eine verbesserte Durchsatzgeschwindigkeit und die Präzision. Dazu wird die für die vollautomatische Assemblierung von prismatischen Zellen mit gewickelten Elektroden (im PHEV-1-Format) ausgelegte Pilotfertigung für Lithium-Ionen-Zellen am ZSW in Ulm um die aussichtsreiche Stapeltechnik erweitert. Die Wissenschaftler am ZSW wollen mit einem High-Tech-Stapler und einem neuartigen Separator Muster-Zellen im industriellen Maßstab herstellen und evaluieren und diese mit den bisherigen Wickelzellen im PHEV-1-Format vergleichen. Dieses Zellformat beschreibt Zellen mit einem festen, quaderfömigen Aluminiumgehäuse, das viele Automobilfirmen bevorzugen. Die ZSW-Wissenschaftler werden dabei für die notwendige prozessbegleitende Analytik und Tests sowie für den vollautomatischen Zellenbau (Assemblierung) sorgen.

Industriepartner mit im Boot
Zum Projektverbund gehören die Industriepartner Manz AG, ein Anlagenhersteller für die Produktion von Batterien auf Lithium-Ionen-Basis, und die Freudenberg Performance Materials SE & Co. KG, ein Materiallieferant mit umfangreicher Erfahrung zu Separatoren. Das Forschungsprojekt „STACK“ hat eine Laufzeit von drei Jahren und wird vom BMBF mit insgesamt 2,7 Millionen Euro gefördert. Es hat im Januar 2018 begonnen.


© IWR, 2018


09.01.2018