Laser in der Batteriefertigung
Neu gegründete Arbeitsgruppe optimiert die Fertigung von Batteriezellen.
Leistungsfähige Batteriezellen sind für Anwendungen in der Elektromobilität und der stationären Energiespeicherung von großer Bedeutung. Für eine höhere Marktdurchdringung sind die Steigerung der gravimetrischen und volumetrischen Energiedichte sowie die Reduktion der Produktionskosten ausschlaggebend. Ein vertieftes Prozessverständnis der Fertigung von Lithium-Ionen-Batterien ist dabei maßgebend für die Zielerreichung. Im Juli 2019 arbeitet eine neu ausgegründete Gruppe für Batterieproduktion des Instituts für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften IWB an der Technischen Universität München an der Fertigung von innovativen Batteriezellen.
Vom Mischen der Elektrodenmaterialien bis hin zur elektrochemischen Charakterisierung der fertigen Zellen und der Batteriemodulmontage werden alle Schritte an der Forschungsproduktionslinie des IWB untersucht. Im Rahmen von Forschungs- und Industrieprojekten werden die eingesetzten Prozesse anhand verschiedener Zellformate validiert. Das Produktionsportfolio umfasst dabei verschiedene Zelltypen von kleinen Laborzellen bis hin zu großformatigen Pouch-Zellen und Hardcase-Zellen. Neben konventionellen Lithium-Ionen-Batterien mit neuartigen Materialien wie Silizium-Komposit-Anoden wird auch an der Herstellung von Festkörperbatterien mit Anoden aus metallischem Lithium für kommende Batteriegeneration geforscht.
Entlang der Produktionskette für Batterien finden sich ausgehend von der Elektrodenfertigung bis hin zur Modulmontage vielfältige Einsatzmöglichen für Laserstrahlung im gesamten Technologiespektrum. Zur Einbringung von Mikrostrukturen in das Elektrodenmaterial finden Kurz- und Ultrakurzpulslaser Anwendung. Durch die Vergrößerung der Elektrodenoberfläche kann eine signifikante Steigerung der Leistungsfähigkeit von Lithium-Ionen-Zellen erreicht werden.
Auch bei der Vereinzelung des Elektrodenmaterials wird aufgrund der hohen erreichbaren Schnittkantengüte und der Formflexibilität auf einen gepulsten Schneidprozess zurückgegriffen. Sowohl bei der internen als auch bei der externen Kontaktierung der Batteriezellen wird ein Laserschweißprozess zur elektrischen und mechanischen Verbindung der stromführenden Komponenten verwendet. Gerade die Forschung an neuartige Batteriematerialien und Zelltypen öffnet ein breites Feld zur Erarbeitung neuer laserbasierter Prozesse. Die Lasertechnik stellt damit ein wichtiges Werkzeug in der Batterieforschung dar und wird ihm Rahmen der neuen Forschungsgruppe vertieft betrachtet werden.
TUM / JOL
