Laserschnitt von Akku-Elektroden

  • 06. November 2017

Elektrodenmaterialien lassen sich automatisiert von der Rolle konfektionieren.

Das Fraun­hofer-Institut für Werkstoff- und Strahl­technik IWS forscht seit Jahren intensiv nach inno­vativen Lösungen für die Energie­speicherung, um den konti­nuierlich steigenden Bedarf danach decken zu können. Neben den Kernthemen der chemischen Zusammen­setzung einer Batterie stehen auch Fertigungs­technologien im Mittel­punkt. Dank des Laser­remote­schneidens lassen sich Elektroden­materialien mittler­weile voll auto­matisiert von der Rolle konfek­tionieren.

Abb.: Automatisierte Entnahme einer vom Band beziehungsweise von der Rolle lasergeschnittenen Elektrode. (Bild: Fh.-IWS)

Abb.: Automatisierte Entnahme einer vom Band beziehungsweise von der Rolle lasergeschnittenen Elektrode. (Bild: Fh.-IWS)

In Magazinen abgelegt, werden Zuschnitte dem Einzel­blattstapeln und Laser­schweißen zugeführt. Alle Prozess­schritte erfolgen auto­matisiert und lassen sich unter definierter trockener Atmo­sphäre durch­führen. Das IWS wendet das Verfahren unter anderem für die Konfek­tionierung von Elektroden für Batterie­systeme der nächsten Generation an. Bezogen auf das Zell­gewicht erreichen erste Lithium-Schwefel-Zellen um rund dreißig Prozent höhere Energie­dichten als die aktuell besten Lithium-Ionen-Zellen auf dem Markt.

Metall­schäume gelten aufgrund ihres hohen Ober­flächen-Volumen­verhält­nisses als weiteres vielver­sprechendes Elektroden­material für verschiedene Batterie­systeme. Auch zu deren Herstellung kommt das Laser­verfahren des Fraunhofer IWS zum Einsatz. Der verwendete offen­porige Metall­schaum wird mit Schnitt­geschwindig­keiten von bis zu 300 Metern pro Minute getrennt.

Weitere Ent­wicklungen hinsichtlich der Schnitt­genauigkeit führen zu Komponenten mit Fertigungs­toleranzen von dreißig Mikro­meter. Institutsleiter Eckhard Beyer unter­streicht: „Im Vergleich zu anderen Fertigungs­verfahren sind diese Kennwerte Welt­spitze. Um die hochge­steckten Ziele zu erreichen, steht uns eine Vielzahl neuester Laserstrahl­quellen in unter­schiedlichen Wellenlängen, Ausgangs­leistung und Strahl­qualität zur Verfügung. Wir werden die inter­diszipli­narische Zusammen­arbeit vertiefen, um auf diese Weise den Forschungs­vorsprung auf dem Gebiet der Batterie­systeme auszu­bauen.“

Fh.-IWS / JOL

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