Weniger Platz- und Energiebedarf, dafür mehr Leistungsfähigkeit und höchste Batteriezellqualität – das ist der Ansatz der Maschinenbauer Dürr und Grob für ihre neue Konzeptfabrik für Lithium-Ionen-Batteriezellen. Auf der diesjährigen Messe The Battery Show Europe in Stuttgart zeigten die beiden Partner, welche technischen Innovationen dies ermöglichen.
Bereits seit 2022 kooperieren die beiden Unternehmen im Bereich der Produktionstechnologie für Lithium-Ionen-Batterien. Ziel ist es, sich gemeinsam als Systemanbieter von Batterieproduktionsanlagen in Europa und Nordamerika zu etablieren. Neben einem klassischen Produktionslayout mit Nassbeschichtung haben die Partner eine Konzeptfabrik mit Trockenbeschichtung und der neuen Z-Falter-Technologie entwickelt. „Unsere Konzeptfabrik und insbesondere die Trockenbeschichtung stehen für die nächste Generation der Batteriezellfertigung. Dank leistungsfähiger und innovativer Technologien benötigt die Produktion 50% weniger Platz und Energie. Das bedeutet für unsere Kunden eine deutlich höhere Flächeneffizienz und niedrigere Betriebskosten“, erklärt Dr. Jochen Weyrauch, CEO bei Dürr.
Effiziente und nachhaltige Trockenbeschichtung
Statt des konventionellen Slurrys wird im Activated Dry Electrode-Prozess ein trocken angemischtes Aktivmaterial verwendet. Dieses Pulvergemisch wird mit Kalandriermaschinen zu einem freistehenden Film gepresst, der anschließend beidseitig auf die Kollektorfolie laminiert wird. Gegenüber der Nassbeschichtung entfallen somit der Trocknungsprozess sowie die Rückgewinnung und Aufbereitung von Lösungsmittel. Das spart Platz, Energie und Kosten. Vorteile hat der freistehende Film auch in Bezug auf die Materialeffizienz, denn überschüssiges Filmmaterial lässt sich vor dem Laminieren auf die Kollektorfolie vollständig in den Produktionsprozess zurückführen. Nach der Kalandrierung kann das Flächengewicht direkt gemessen werden, sodass eine bessere Kontrolle der Beschichtungsdicke möglich ist. Bei der anschließenden Laminierung auf die Kollektorfolie wird eine geringere Kraft benötigt als bei der Kalandrierung im Nassbeschichtungsprozess, somit kommt es zu keiner Verformung der Folie, was die Verarbeitbarkeit für das nachgelagerte Notching und Stacking verbessert.
High-Speed-Zellassemblierung
Mit der neuen Generation des Z-Falters, die den Notching-Prozess integriert, erreicht Grob eine höhere Leistungsfähigkeit bei gleichzeitig geringerem Platzbedarf. Für eine besonders stabile und zuverlässige Anlagentechnik wird der Separator mit einer sehr gleichmäßigen und niedrigen Bahnspannung über wenige Umlenkrollen geführt. Durch eine hochwertige Magaziniertechnik der Elektroden erreicht die Anlage eine Verfügbarkeit von 95%.
Präzise Elektrolytbefüllung mit Hochdruck
Mit einem von Dürr entwickelten Prozess können Batteriezellen in nur einem Schritt ohne Restgas befüllt werden. Im Unterschied zum konventionellen Prozess wird der Elektrolyt mit bis zu 30 bar direkt in die Zellen gefüllt. Der Befülldruck liegt damit zwei- bis dreifach über dem aktuellen Industriestandard. Das Prozessdesign ermöglicht eine präzise Dosierung und verkürzt den Befüllvorgang sowie das anschließende Eindringen des Elektrolyts in das Aktivmaterial.
Durchgängige Digitalisierung
Ergänzt wird die Anlagentechnik von Dürr und Grob durch eine durchgängige digitale Abbildung des Produktionsprozesses. Bereits in der Planungsphase vor dem Produktionsstart ermöglicht ein digitaler Zwilling die Simulation der gesamten Fabrik und beschleunigt die Umsetzung vor Ort. Die Daten aus der Simulation fließen in die MES/MOM-Software der Dürr-Tochter iTAC ein, mit der sich alle Produktionsschritte in der Batteriefertigung steuern und planen lassen. Wichtige Funktionen sind dabei die Rückverfolgbarkeit und Qualitätsanalyse, um Fehler in der Produktion zu vermeiden. So wird in Summe eine Produktion mit hoher Gesamtanlageneffektivität erreicht.
