Wie ist eine Lithium-Ionen-Batterie aufgebaut?
Was ist Elektrolyt in einer Batterie?
Welche Rohstoffe benötigt man für Li-Ionen-Batteriezellen?
Wie werden Batterien für z.B. E-Autos hergestellt?
Wie funktioniert der Prozess der Elektrolytbefüllung von Li-Ionen-Batteriezellen?
Wie funktionieren Lithium-Ionen Akkus?
Warum werden Li-Ionen Akkus verwendet?
Damit ein fertiger Akku für Elektroautos entsteht, sind mehrere Arbeitsschritte und Rohstoffe nötig.
Zuerst werden die Elektroden gefertigt. Dazu wird aus verschiedenen Materialien eine Paste (Slurry) für Anode und Kathode hergestellt. Diese Pasten werden auf die entsprechende Trägerfolie aufgebracht, getrocknet und anschließend verdichtet (Kalandrieren), zurechtgeschnitten (Slitting) und vereinzelt.
Danach folgt die Batteriezellassemblierung: es entsteht ein Zellstapel, bei dem Anode, Separator und Kathode wiederholt übereinandergelegt oder gewickelt werden. Daraufhin werden die Ableiter befestigt und der Zellstapel in einem Metallgehäuse versiegelt. Bei einer Pouch-Zelle handelt es sich hierbei meist um eine Aluminiumfolie. Es folgt das Befüllen mit Elektrolyt sowie das Formieren und Entgasen.
Anschließend können die Batteriezellen zu mehreren Modulen und schließlich zu Batteriepacks zusammengeschlossen werden. Man unterscheidet zwischen primären Batterien (nicht wieder aufladbar)und sekundären Batterien (wieder aufladbar), sogenannten Akkumulatoren.
Zur Befüllung von Li-Ionen-Batteriezellen benötigt man aufgrund der hohen Feuchtesensitivität von Lithium-Leitsalz einen Trockenraum, eine Glovebox oder eine hermetisch abgeschlossene Zelle. Der Elektrolyt wird mittels Dosiernadeln in die Batteriezelle gefüllt. Für eine schnellere und homogene Benetzung ohne Schaumbildung oder Kontamination der Zelle bieten wir innovative patentierte Verfahren an.
So zum Beispiel das Direct Filling Verfahren: Bei diesem Verfahren wird durch den Einsatz einer Dosierkolbenpumpe eine sehr hohe Befüllgenauigkeit garantiert. Zudem werden der Befüllstatus jeder einzelnen Zelle sowie weitere wichtige Befüllparameter live erfasst und ausgewertet. Hardcase-Zellen werden zunächst evakuiert und können anschließend mit bis zu 40 bar mit Elektrolyt befüllt. Eine zum Patent angemeldete Druckkammer schützt die Hardcase-Zellen vor dem hohen Befülldruck. Durch die direkte Rückmeldung der Zelle und den hohen Befülldruck kann wertvolle Befüllzeit gespart werden. Außerdem wird eine Kontamination der Zelle und des Arbeitsbereiches verhindert. Das Direct Filling Verfahren kommt auch für die Befüllung von Pouchzellen in der Vakuumkammer zum Einsatz. Auch in diesem Fall ermöglicht die Dosierkolbenpumpe einen präzisen Befüllvorgang komplett unabhängig davon, welches Vakuum in der Kammer herrscht. Zudem verhindert der zum Patent angemeldete Aufbau eine Auskristallisation von Leitsalz am Dosierzylinder. Dadurch kann der Wartungsaufwand und Verschleiß deutlich reduziert werden.
Um die hohen Kosten für große Trockenräume zu sparen, haben wir die Smart Battery Innovation entwickelt: ein Verfahren, bei dem Ports zur Befüllung, Formierung & Entgasung in die Pouch Batteriezellen eingeschweißt werden.
Unsere Maschinen können vollständig automatisiert werden, bieten eine kurze Evakuierungszeit, Druckwechselzyklen oder Vorwärmen des Elektrolyten sowie einer Reinigungsfunktion. Flexibel einstellbare Parameter können live verfolgt werden und bieten daher große Vorteile für Forschung & Entwicklung von Batteriezellen.
Für diesen zeit- und qualitätskritischen Prozessschritt der Batteriezellassemblierung bieten wir hochwertige Befülllösungen mit unserem Equipment an.
Beim Entladen, also Nutzen von Batterien oder Akkumulatoren, wandern Li-Ionen von der negativen Elektrode, der Anode, zur positiven Elektrode, der Kathode. Gleichzeitig gibt es eine Elektronenbewegung von Anode zur Kathode, um die Elektroden selbst elektrisch neutral zu halten. Die Elektronen werden dann an den Übergangsmetalloxiden der Kathode aufgenommen.
Beim Ladevorgang findet der umgekehrte Prozess statt. Die Li-Ionen wandern von positiver Elektrode zur negativen Elektrode und werden dort eingelagert. Über den äußeren Stromkreis bewegen sich die Elektronen ebenfalls von positiver zur negativen Elektrode. Nun ist der Akku wieder geladen.
Streng genommen sind die Begriffe Anode und Kathode dem jeweiligen chemischen Oxidations- bzw. Reduktionsvorgang zugeordnet. Beim Ladevorgang ist daher die eigentlich richtige Bezeichnung der negativen Elektrode Kathode und der positiven Elektrode Anode. Der Einfachheit halber und um Missverständnissen vorzubeugen, spricht man dennoch sowohl beim Entlade- als auch beim Ladevorgang von Anode als negativer Elektrode und von Kathode als positiver Elektrode.