Hochdurchsatzverfahren in der Fertigung von Lithium-Ionen-Batterien (HoLiB)

Projektlaufzeit:
1.10.2019 – 30.09.2022

Institute:

  • TU Braunschweig Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF)
  • TU Braunschweig Institut für Füge- und Schweißtechnik (ifs)
  • TU Berlin Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF)
  • Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
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Partner:

Technische Universität Braunschweig
TU Berlin
Fraunhofer Gesellschaft

Um die Bedarfe an Lithium-Ionen-Batterien in Zukunft decken zu können, sind Produktivitätssteigerungen in der Fertigung gestapelter Lithium-Ionen-Batterien notwendig. Insbesondere die Prozessschritte der Konfektionierung, Stapelbildung und Kontaktierung stellen einen Engpass in der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien dar und limitieren damit die Ausbringungsmenge des Gesamtprozesses. Das Projekt „HoLiB – Hochdurchsatzverfahren in der Fertigung von Lithium-Ionen-Batterien“ zielt darauf ab, die Produktivität dieser Schritte durch neue Technologien und die Reduzierung nicht wertschöpfender Zeitanteile innerhalb der Prozesskette zu erhöhen.
Im Bereich der Konfektionierung wird ein Laserstanzprozess entwickelt, durch den Elektroden in Millisekunden aus einer bewegten Elektrodenbahn ausgeschnitten werden sollen. In der Stapelbildung werden Elektroden durch ein zu entwickelndes rotierendes Stapelrad abgelegt. Dieses ersetzt die Pick-and-Place Bewegungen eines Roboters, bei welchen nach heutigem Stand der Technik keine nennenswerte weitere Geschwindigkeitserhöhung mehr erreicht werden dann. Zur Kontaktierung wird das Verfahren des Laserschweißen eingesetzt und hinsichtlich Geschwindigkeit und Qualität optimiert.
Durch gezielte Verknüpfung der beschriebenen Teilprozesse soll zusätzlich erreicht werden, dass Puffer und Wartezeiten der Prozesse minimiert und die Prozesse optimal miteinander gekoppelt werden. Dazu wird die Zuführung der Elektroden zum Stapelrad über eine elastische Verkettung mit der vorgelagerten Konfektionierung und der Bereitstellung der Elektroden realisiert.
Die entwickelten Technologien werden durch den Aufbau eines Demonstrators validiert. Am Demonstrator wird eine Qualitätssicherung implementiert, welche die Eigenschaften der jeweiligen Teilprozesse inline evaluiert. Die Prozessbewertung umfasst zudem eine elektrochemische Charakterisierung der zu Vollzellen assemblierten Folienstapel.
Die Ergebnisse des Projekts tragen hochgradig zur Produktivitätssteigerung gestapelter Lithium-Ionen-Batteriezellen bei.