Lithium-Ionen-Batteriezellen bestehen zu einem wesentlichen Teil aus Elektroden, die sauber übereinanderliegen liegen müssen. In der industriellen Herstellung ist der Aufbau dieses Elektrodenstapels  ein technisch und zeitlich besonders aufwändiger Prozess. Die Technische Universität Braunschweig hat ein innovatives Verfahren vorgestellt, das die Geschwindigkeit der Stapelbildung erhöht und Beschädigungen vermeidet. 

Wie die TU Braunschweig mitteilte, werden in dem entwickelten Verfahren die Elektroden im Stapel in Hochgeschwindigkeit positioniert und fixiert. Dazu wird ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das in den zu stapelnden Elektroden Wirbelströme auslöst. Diese Wirbelströme bilden wiederum eigene elektromagnetische Felder aus, die dem erzeugenden Feld entgegengerichtet sind. Aus dem Zusammenwirken aller elektromagnetischen Felder ergeben sich Kräfte, die die Elektroden auf dem Stapel präzise positionieren und sicher fixieren. Dabei wirken die Kräfte unverzüglich und kontaktlos, sodass die Prozesszeit der Stapelbildung minimiert und Beschädigungen der Elektroden verhindert werden. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens: Es benötigt weder Druckluft oder andere Prozessmedien, noch den Einsatz von Motoren oder beweglichen Komponenten.

Flexibel einsetzbar

Am Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik wurde zur Erprobung ein Prototyp gebaut. Anhand dessen konnten die deutlichen Verbesserungen gegenüber der bisherigen Stapelbildung in verschiedenen Experimenten nachgewiesen werden. Die Experimente und weitere Simulationen zeigen zudem, dass die erreichte Hochgeschwindigkeits-Stapelbildung flexibel für unterschiedlichste bestehende und zukünftige Elektrodenmaterialien einsetzbar und auf die großen Elektrodenformate der Industrie skalierbar ist. Die Technische Universität Braunschweig hat dieses Verfahren zur Patentanmeldung eingereicht und strebt eine industrielle Verwertung in der nationalen und europäischen Batteriezellproduktion an.

 

Bild: Lagekorrektur verschobener Elektroden (links) durch die elektromagnetische Positionierung und Niederhaltung auf dem Prototyp (rechts). Bildnachweis: Hans Engel/TU Braunschweig

(Bild: Hans Engel/TU Braunschweig)