Panorama

Laser in der Batteriefertigung

18.07.2019 - Neu gegründete Arbeitsgruppe optimiert die Fertigung von Batteriezellen.

Leistungsfähige Batterie­zellen sind für Anwendungen in der Elektro­mobilität und der stationären Energie­speicherung von großer Bedeutung. Für eine höhere Marktdurchdringung sind die Steigerung der gravi­metrischen und volu­metrischen Energiedichte sowie die Reduktion der Produktions­kosten ausschlaggebend. Ein vertieftes Prozess­verständnis der Fertigung von Lithium-Ionen-Batterien ist dabei maßgebend für die Zielerreichung. Im Juli 2019 arbeitet eine neu ausgegründete Gruppe für Batterie­produktion des Instituts für Werkzeug­maschinen und Betriebs­wissenschaften IWB an der Technischen Universität München an der Fertigung von innovativen Batterie­zellen.

Vom Mischen der Elektroden­materialien bis hin zur elektro­chemischen Charak­terisierung der fertigen Zellen und der Batterie­modulmontage werden alle Schritte an der Forschungs­produktionslinie des IWB untersucht. Im Rahmen von Forschungs- und Industrie­projekten werden die eingesetzten Prozesse anhand verschiedener Zellformate validiert. Das Produktions­portfolio umfasst dabei verschiedene Zelltypen  von kleinen Laborzellen bis hin zu großformatigen Pouch-Zellen und Hardcase-Zellen. Neben konven­tionellen Lithium-Ionen-Batterien mit neuartigen Materialien wie Silizium-Komposit-Anoden wird auch an der Herstellung von Festkörper­batterien mit Anoden aus metallischem Lithium für kommende Batteriegeneration geforscht.

Entlang der Produktions­kette für Batterien finden sich ausgehend von der Elektroden­fertigung bis hin zur Modulmontage vielfältige Einsatz­möglichen für Laserstrahlung im gesamten Technologie­spektrum. Zur Einbringung von Mikro­strukturen in das Elektroden­material finden Kurz- und Ultrakurz­pulslaser Anwendung. Durch die Vergrößerung der Elektroden­oberfläche kann eine signi­fikante Steigerung der Leistungs­fähigkeit von Lithium-Ionen-Zellen erreicht werden.

Auch bei der Vereinzelung des Elektroden­materials wird aufgrund der hohen erreichbaren Schnittkanten­güte und der Form­flexibilität auf einen gepulsten Schneid­prozess zurück­gegriffen. Sowohl bei der internen als auch bei der externen Kontaktierung der Batterie­zellen wird ein Laserschweiß­prozess zur elektrischen und mechanischen Verbindung der strom­führenden Komponenten verwendet. Gerade die Forschung an neuartige Batterie­materialien und Zelltypen öffnet ein breites Feld zur Erarbeitung neuer laser­basierter Prozesse. Die Lasertechnik stellt damit ein wichtiges Werkzeug in der Batterie­forschung dar und wird ihm Rahmen der neuen Forschungs­gruppe vertieft betrachtet werden.

TUM / JOL

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