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Cell-Finishing

Ein Fabrikkonzept zur Formation von großen Mengen an
Li-Ionen Batteriezellen für Elektroautos.

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Formationsanlage
1. Eingang der Zellen aus Zellfertigung

An dieser Stelle werden die Zellen aus der Fertigung an die Formation und Endbearbeitung übergeben. Dazu werden die Zellen in spezielle warmfeste, nicht brennbare und chemisch beständige Warenträger eingelegt.

2. Verspannen der Zellen für Formation

Batteriezellen werden in spezielle Warenträger eingelegt, um die Außenflächen unter Druck zu halten und einen gleichmäßigen Ionenübergang innerhalb der Zelle zu gewährleisten.

3. Hochtemperatur Auslagerung

An dieser Stelle werden die Zellen erwärmt, um die Viskosität des Elektrolyts zu verringern und ein gleichmäßiges Benetzen zu begünstigen. Chemische Prozesse wie z.B. die Ausbildung der Formationsschicht beschleunigen sich ebenso bei höheren Temperaturen.

4. Abkühlstrecke der erwärmten Zellen

Vor der Endbearbeitung werden die Zellen abgekühlt. Das geschieht in einem Durchlauflager wo mit seitlich angebrachten Lüftern die Zellen auf einem Transportband durchgeschleust werden.

5. Formation der Zellen

Dies ist der eigentliche und wichtigste Prozessschritt in der Wertschöpfungskette der Li-Ionen Zellformation. Hier wird die Zelle langsam geladen und damit zum Leben erweckt.

Da fehlerhafte Zellen sich sehr stark erwärmen und gegebenenfalls durch Brand selbst zerstören könnten, müssen die Formationskammern feuerfest ausgestattet sein.

Der Formationsprozess dauert üblicherweise mehrere Stunden.

6. Wartungsbereich

Diese Station dient der manuellen Wartung und Fehlerbehebung einer Ladekammer, z.B. für:

- Austausch von Verschleißteilen (Kontaktstiften)

- Kontrolle und Kalibrierung der Sensorik und Mechanik

- Wartung nach Störfall oder thermischer Unregelmäßigkeit

Die Instandhaltung findet außerhalb des Formierungsbereiches statt, sodass der normale Prozess nicht unterbrochen werden muss.

7. Entgasen und finales Verschließen

Während der Formation entstehen noch Gase welche im Anschluss aus der Zelle entnommen werden müssen. Dazu wird mittels Vakuum das Gas abgesaugt und die Hülle final verschlossen.

8. Alterung (Reifen) der Zellen

In Hochregalen werden die geladenen Zellen einem mehrtägigen Reifeprozess unterzogen, wo die Passivierungsschicht (Solid Electrolyte Interface) fertig ausgebildet wird.

9. Vereinzeln der Zellen

Für bestimmte Prozesse müssen die Zellen vereinzelt werden, weil eine Verarbeitung im Warenträger nicht möglich ist.

10. Isolieren der Zellen

Nach der Qualitätsprüfung können die Zellen noch mit einer Isolationsfolie versehen werden, um diese zu schützen oder individuell zu etikettieren.

11. End-of-Line-Test

Nachdem die Zelle fertig verarbeitet ist, wird sie einer Endprüfung unterzogen. Dabei können mechanische Eigenschaften wie Dichtheit, Gewicht und Abmaße geprüft werden sowie elektrische Eigenschaften wie Isolation, innerer Widerstand und Leerlaufspannung.

12. Sortierung (Graduierung) der Zellen

Jede Zelle besitzt aufgrund des komplexen Fertigungsprozesses kleine Unterschiede. Für die Weiterverarbeitung werden die Zellen in mehrere verschiedene Klassen eingeteilt und zusammengestellt.

13. Fertigwarenlager

Zur Pufferung der Fertigwaren können die Zellen in einem Hochregal auf den Versand oder Weiterverarbeitung gelagert werden.

14. Verpackung

Je nach Kundenwunsch und Transportanforderung können die Zellen von einfach bis seewasserfest in verschieden Mengen nach Behältergrößen verpackt werden.

Formation

Bei der Produktion von Lithium-Ionen Batterie-Zellen sind die letzten Schritte die Formation der Passivierungsschicht (SEI – Layer), der Reifeprozess, die Klassifizierung und der finale Qualitätstest.

Hierzu ist es notwendig jede einzelne Zelle langsam zu laden und zu entladen, auszulagern und zu testen.

Zur Produktion von Batterien für Elektroautos sind sehr hohe Stückzahlen an Zellen notwendig, die somit große Anlagen für Formation und Test erfordern.

Folgende Prozesse können Teil der Formation sein:

  • Verspannen der Zellen für Formation
  • Hochtemperatur Auslagerung
  • Abkühlstrecke
  • Formation der Zellen
  • Entgasen und Verschließen
  • Alterung (Reifen) der Zellen
  • Isolieren der Zellen
  • End-of-Line-Test
  • Laden auf SOC
  • Sortierung (Graduierung) der Zellen
  • Fertigwarenlager
  • Verpackung

Allgemeine Daten

  • Dimensionen der gesamten Anlage L x B x H: 180m x 120m x 15m
  • Vollautomatisierte Anlage
  • Hocheffiziente und Elektronik mit hoher Verfügbarkeit
  • Vollständige Überwachung aller Prozesse
  • Brandschutz
  • Electric Mobility

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