Mehr als 1.300 kg Aktivmaterial und 11 km Elektrodenfolien verarbeitet
Seit Inbetriebnahme vor einem Jahr verarbeitete das ZSW 1.300 Kilogramm an Aktivmaterialien zu Pasten, beschichtete 11 Kilometer Elektrodenfolien und assemblierte daraus weit mehr als tausend Zellen vollautomatisch. Dabei konnte die geforderte Produktionsgeschwindigkeit von einer Minute pro Zelle und die kontinuierliche Reduktion der Ausschussraten erfolgreich demonstriert werden. „Im ersten Jahr Betrieb der Pilotfertigung haben wir enorm viel an Erfahrung zur Herstellung von automobiltauglichen Lithium-Ionen-Zellen gewonnen und gewinnen jeden Tag neue Erfahrungen hinzu, die extrem wertvoll für die erfolgreiche Etablierung einer kommerziellen Fertigung sind“, so Tillmetz. Um alle Anforderungen für künftige Zellen beispielsweise in Bezug auf Kapazität oder Lebensdauer erfüllen zu können, sind weitere Entwicklungsanstrengungen nötig. Dennoch zeigen die aktuellen Ergebnisse, welche beeindruckenden Erfolge die deutsche Industrie zusammen mit der Forschung in den vergangenen Jahren erzielt hat. War doch das Verständnis über den gesamten Produktionsprozess für Lithium-Ionen-Zellen – von der Elektrodenherstellung über die Zellmontage bis zur Formierung und Prüfung – bislang nur bei sehr wenigen deutschen Experten vorhanden.
Für die Qualifikation der Herstellprozesse verwendeten die Forscher die heute weltweit am weitesten verbreitete Materialkombination Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid (NMC )/Graphit . In neu angelaufenen und künftig geplanten Projekten werden auch fortschrittliche Materi alien eingesetzt, die höhere Energiedichten und damit höhere Reichweiten der Fahrzeuge ermöglichen. Auch die Optimierung der Zellkonstruktion und der einzelnen Fertigungsprozesse sind vorgesehen.
Forschungsplattform für die seriennahe Produktion von Lithium-Ionen-Zellen – ZSW-Labor für Batterietechnologie (eLaB), Ulm
Die Batteriezellenfertigung erfolgt in acht Schritten:
- Homogenisieren und Abwiegen der Aktivmaterialien und Additive
- Mischstationen zur Herstellung der Beschichtungspasten
- Beschichtung der Kollektorfolien
- Trocknung der Elektroden
- Verdichtung der Elektrodenschichten über Kalander
- Zuschneiden der Elektrodenfolien
- Vollautomatische Assemblierung aller Zellenkomponenten
- Erstes Laden (Formieren) der Zellen
Die Anlagen erlauben eine Fertigung von einigen hundert PHEV-1 Zellen pro Tag mit reproduzierbarer, hoher Qualität. Der modulare Aufbau der Produktionsanlagen bietet entlang der gesamten Wertschöpfungskette die Möglichkeit, neue Verfahren und Anlagenkomponenten in einer prozesssicheren Testumgebung zu erproben. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) förderte die Anlagenausrüstung mit 25,7 Millionen Euro. Das Ministerium für Finanzen und Wirtschaft BadenWürttemberg (MFW) bezuschusste die Gebäudeerweiterung mit sechs Millionen Euro.
Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung BadenWürttemberg (ZSW) gehört zu den führenden Instituten für angewandte Forschung auf den Gebieten Photovoltaik, regenerative Kraftstoffe, Batterietechnik und Brennstoffzellen sowie Energiesystemanalyse. An den drei ZSW-Standorten Stuttgart, Ulm und Widderstall sind derzeit rund 230 Wissenschaftler, Ingenieure und Techniker beschäftigt. Hinzu kommen 90 wissenschaftliche und studentische Hilfskräfte.