Neues Laserschweißverfahren für die Batteriezellenproduktion

Die Manz AG, weltweit agierender Hightech-Maschinen­bauer mit umfassendem Technologie­portfolio, präsentiert Manz im Segment Energy Storage ein neues Laser­verfahren für die Produktion von Batterie­zellen, das den Schweiß­prozess von Zell­ableitern, den sogenannten Tabs, optimiert: das Laser Tab Welding. Die neue Technologie reduziert den Umfang der notwendigen Abläufe um mindestens einen Prozess­schritt und verringert so in der Gesamt­betrachtung die Kosten pro Batterie­zelle signifikant.

Das Verschweißen der Zellableiter bei der Herstellung von Lithium-Ionen Batteriezellen mit Ultra­schall, das Tab Welding, ist mit einer hohen mechanischen Belastung verbunden. Unter anderem muss beim herkömm­lichen Ultra­schall­schweißen vorgeschweißt werden. Dieser Prozess­schritt entfällt bei der neuen innovativen Laser­schweiß­technologie – dem Laser Tab Welding. Dadurch wird die Komplexität der Produktion verringert, die Qualität und Sicherheit der Batterie­zelle sowie die Prozess­stabilität durch die reduzierte Anzahl der Prozess­schritte erhöht. An weiteren Arbeits­schritt­einsparungen wird aktuell geforscht.

Das neue Laser Tab Schweiß­verfahren ist die Alternative zur bisher gängigen Ultraschall­technologie, dem Ultra Sonic Tab Welding, und stellt einen vollwertigen Ersatz dar. Die neue Technologie kann auch in bestehende Produktions­lösungen integriert werden. Für die Kunden bedeutet der neue Prozess eine signifikate Steigerung der Qualität und Effizienz in der Produktion und damit deutliche Wettbewerbs­vorteile, insbesondere in der Massen­produktion.

Zwar entstehen anfangs höhere Anschaf­fungs­kosten für die Laser-Technologie im Vergleich zur bewährten Ultraschall­methode. Die Betriebs­kosten sinken in der Folge jedoch stetig, da das neue Verfahren nahezu wartungs­frei ist, ein deutlich höherer Durchsatz pro Minute erreicht und eine insgesamt bessere Anlagen­verfügbarkeit durch geringere Ausfälle gewährleistet wird. Weniger Maschinen oder Module bedeuten entsprechend weniger Flächen­bedarf und damit kleinere Fabriken – das senkt die Betriebs- und Produktions­kosten zusätzlich.

Mit Hilfe der neuen Laser-Techno­logie werden wichtige Parameter bei der Produktion von Lithium-Ionen-Batterie­zellen verbessert: Mehr Leistung durch höhere Energie­dichte und mehr Sicherheit der Batterie­module durch optimierten Zellschutz als bei bisherigen Zellen. Beim Verschweißen verschmelzen Metall­folien und Tabs komplett und bilden so eine sehr starke, rissfreie Verbindung. Die kompakte Schweiß­naht kann bis zu 160 Schichten fixieren, in erhöhter Schweiß­qualität. Sie hat einen äußerst niedrigen elektrischen Widerstand und ist bis zu drei bis fünf Mal stärker im Vergleich zur Ultaschall­schweißnaht. Dieser einfache und sichere Prozess ist skalierbar auf bis zu zweihundert Tabs in einem Kollektor.

Zusätzlich entsteht beim Laserschweißen weniger Abrieb durch kontaktlose Verarbeitung, was eine reduzierte mechanische Belastung der Elektroden bedeutet. Die Laserquelle selbst hat eine sehr hohe mechanische Festig­keit und ist folglich kaum fehler­anfällig. Das neue Laser­werkzeug ist verschleiß­frei, erfordert keine Nach­justierung und muss nur etwa alle fünfzehn Jahre ersetzt werden. (Quelle: Manz)

Weitere Beiträge: Lasersymposium Elektromobilität LSE´21

Link: Turnkey Solutions für Energy Storage, Manz AG, Reutlingen

Bild: Lithium-Ionen-Batteriezellproben (Quelle: Manz)

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