ZSW entwickelt neuen Prozess für Hochleistungsbatterien

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Im Bild ein Elektrodenwickler im ZSW: 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. Das spart Platz und hat einen homogeneren Zellaufbau zur Folge, der die Zelleigenschaften verbessert. Forschung und Industrie wollen diese erfolgversprechende Produktionstechnologie nun in Deutschland etablieren. Foto: ZSW

Die Pilotfertigung für Lithium-Ionen-Zellen am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden Württemberg (ZSW) in Ulm ist für die vollautomatische Assemblierung von prismatischen Zellen mit gewickelten Elektroden (im PHEV-1-Format) ausgelegt. Ab Januar 2018 wird sie im Rahmen des neuen Projekts „STACK“ um die aussichtsreiche Stapeltechnik erweitert.

Die Entwicklung eines ultraschnellen Herstellprozesses soll durch den Einsatz einer neuen Produktionsanlage und neuer Materialien erfolgen. Die Wissenschaftler am ZSW wollen mit einem High-Tech-Stapler und einem neuartigen Separator Muster-Zellen im industriellen Maßstab herstellen und evaluieren. Im Fokus steht der Vergleich von Wickelzellen mit Stapelzellen im PHEV-1-Format. Industriepartner des Vorhabens sind die Firmen Manz und Freudenberg.

„Durch den Boom bei der Elektromobilität gibt es derzeit große Engpässe in den weltweiten Produktionskapazitäten für Lithium-Ionen-Zellen“, sagt Prof. Dr. Werner Tillmetz, ZSW-Vorstand und Leiter des Geschäftsbereichs Elektrochemische Energietechnologien. „Unsere Pilotfertigung bietet der Industrie eine einmalige Forschungsplattform zur Entwicklung eigener Herstellprozesse. Das neue STACK-Projekt ermöglicht Unternehmen, künftig auch die Stapeltechnik in ihr Portfolio zu nehmen und damit einen weiteren Schritt in Richtung kostengünstige Massenfertigung großformatiger Li-Ionen-Zellen zu leisten.“

Stapeln anstatt Wickeln der Elektroden hat bei rechteckigen Zellformaten wie den PHEV-1 Zellen einige Vorteile. Es führt zu einem sehr homogenen Aufbau des Zellstapels und einer besseren Raumausnutzung des Gehäuses („Hardcase“). Damit verbessert sich die Zellkapazität, Langlebigkeit und Sicherheit gegenüber gewickelten Lithium-Ionen-Zellen. Ein Nachteil des Einzelblatt-Stapelverfahrens ist aber der geringere Durchsatz bei den derzeit verfügbaren Anlagen für die Massenfertigung. Er liegt um den Faktor zwei bis sechs niedriger 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.

Industrie mit dabei
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.

Für Elektroauto-Batteriezellen erwarten Experten eine extrem dynamische Marktentwicklung. Der weltweite Umsatz für Automobil-Zellen wird bis 2025 mehr als 50 Milliarden Euro betragen. Für solche Volumina sind weltweit enorme Investitionen in neue Produktionslinien nötig. Hochrechnungen gehen von einem Bedarf von mehr „10 Giga-Fabs“ oder rund 400 Gigawattstunden Zellkapazität aus. Dahinter steckt ein Investitionsbedarf von mehr als 50 Milliarden Euro.

 

08.08.2018 | Quelle: ZSW | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH

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