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Festo: kupfer-, zink- und nickelfreie Handhabungslösungen für zuverlässiges Degassing in der Batteriezellen-Produktion

Kupfer-, zink- und nickelfreie Handhabungslösungen
Festo: zuverlässiges Degassing in der Batteriezellen-Produktion

Degassing und Sealing sind Kernprozesse der Batteriezellen-Produktion, die sich direkt an die initiale Kontaktierung der Batteriezellen mit elektrischer Spannung anschließen. Dabei werden die Batteriezellen mit Lanzen angestochen und das bei der Kontaktierung entstehende Formiergas abgesaugt. Pneumatische und elektrische Aktoren von Festo sorgen dabei für das Handling und Anstechen der Batteriezellen.

Das Formieren bezeichnet die initialen Lade- und Entladevorgänge der Batteriezelle. Dafür werden die Zellen in Formierplätzen in Regalsystemen gelagert. Dort werden sie während der Formierung mehrfach aufgeladen und wieder entladen.

Da die Formier-Systeme sehr groß sind, sind Handhabungssysteme mit langen Hüben und hohen Geschwindigkeiten notwendig. Passende Lösungen hierfür mit elektrischen Portalachsen und Schlitten kommen vom Automatisierungsspezialisten Festo. Das Unternehmen kann dafür auf langjährige Erfahrungen aus vergleichbaren Systemen für das Testen von Festplatten zurückgreifen.

Während der Formierung kommt es zur Gasbildung in der Batteriezelle. Dieses Gas muss aus den bereits verschweißten Batteriezellen abgesaugt werden – ohne dabei Elektrolyt zu verlieren. Dazu bewegen Pneumatik-Zylinder die hohlen Lanzen, die die Batteriezellen in der Entgasungskammer anstechen und das Gas so lange evakuieren, bis das erste Elektrolyt mit angesaugt wird.

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Das System schaltet dann um und bläst den angesaugten Elektrolyt zurück in die Batteriezelle. Anschließend wird die Restmenge an Gas entfernt. Nach dem Absaugvorgang werden die Zellen wieder versiegelt, was typischerweise durch Thermoschweißen oder Ultraschallschweißen erfolgt.

Batteriezellen-Produktion: Geschwindigkeiten und Durchsatz hoch

Bei Anwendungen in der Batterie-Produktion sind hohe Geschwindigkeiten und ein hoher Durchsatz sowie Zuverlässigkeit und Wiederholgenauigkeit gefragt. Bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien spielt die Produktionsumgebung eine entscheidende Rolle.

Insbesondere niedrige Luftfeuchtigkeit und möglichst geringe Verunreinigungen durch Störpartikel während des Produktionsprozesses haben einen großen Einfluss auf die Qualität und Sicherheit der hergestellten Batteriezelle.

Im Mittelpunkt einer Degassing-Anwendung steht die Prozesskammer. Ein Auslegerhandling auf Basis der Spindelachsen ELGT von Festo sorgt für das dynamische und sichere Beladen und Entladen der Prozesskammern. Die kompakten und günstigen Spindelachsen ELGT mit integrierter Doppelführung lassen sich ideal zu 2D- und 3D-Auslegersystemen kombinieren.

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Als 3D-Auslegersystem packt sie beispielsweise bis zu 20 kg bei Geschwindigkeiten bis 0,5 m/s. Mit einem Kupfer- und Zinkanteil von weniger als ein Prozent ist die Achse geradezu prädestiniert für den Einsatz in Montageanlagen der Batterie-Fertigung oder im Kleinteilehandling.

Während des Degassing-Vorgangs wird die Prozesskammer mit Prozessventilen vom Typ VZQA evakuiert. Besonders langlebig, energieeffizient, leicht zu warten und dank ihrer offenen Architektur flexibel einsetzbar, eignen sich Quetschventile VZQA als günstige Alternativen zu herkömmlichen Ventilen wie beispielsweise Membranventile oder Kugelhähne. Der Druckschalter Span-B von Festo überwacht den in der Prozesskammer anliegenden Druck.

Durchgängige Kommunikation vom Werkstück in die Cloud

Das Remote-IO-System CPX-AP-I integriert alle IOs und IO-Link-Teilnehmer wie Sensoren und Ventilinseln nahtlos in das Kommunikationsnetzwerk der Anlage. Dies bedeutet durchgängige Kommunikation vom Werkstück in die Cloud.

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Ein weiteres Schmankerl in der Handhabung von Batteriezellen ist aus der Bionik abgeleitet: Mit dem Fin-Ray-Greifer bietet Festo Greiffinger, die sich dem Werkstück anpassen. Dies erlaubt das sichere und taktile Greifen plastisch verformbarer Werkstücke wie beispielsweise Pouchzellen.

Qualität und Sicherheit für Batteriezellen-Produktion

Daher kommt es auf die richtigen Eigenschaften für Automatisierungskomponenten in der Sekundärbatterie-Produktion an: Je nach Elektrolyt und Elektrodenmaterial können Kupfer, Zink und Nickel als Störpartikel bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Sekundärbatterien angesehen werden.

Dazu hat Festo für seine Produkte Kriterien mit Einschränkungen bezüglich Kupfer, Zink und Nickel definiert: Metallische Materialien, deren Hauptbestandteile entweder Kupfer, Zink oder Nickel sind, sind von der Verwendung ausgeschlossen. Außerdem verfügen alle Produkte von Festo für die Batteriezellen-Produktion über Reinraumzertifikate und sind für die Verwendung in Trockenräumen geeignet. (bec)



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