STACK: schnelles Stapeln

Es gibt verschiedene Arten, wie man Batteriezellen herstellen kann. In Rundzellen, wie die bekannten AA- und AAA-Typen, wird zwischen die beiden Elektrodenfolien der Separator gelegt. Dann werden die Folien aufgerollt, was als Wickeln bezeichnet wird. Es gibt aber auch die Möglichkeit, die Elektroden und Separatoren übereinander zu stapeln.

Wie neue Ergebnisse aus Stress- und Langzeittests zeigen, weisen gealterte Zellen Qualitätsunterschiede auf – je nachdem, ob sie mittels Wickeln oder mittels Stapeln hergestellt wurden. Stapelzellen zeigen durch ihren homogenen Aufbau weniger Nachteile und sind deutlich langlebiger. Außerdem haben gestapelte Zellen durch die bessere Raumausnutzung eine um 2 bis 5 Prozent höhere Zellkapazität. Ein großer Nachteil des Einzelblatt-Stapelverfahrens ist jedoch die langsamere Verarbeitung in der Massenfertigung. Der Durchsatz beim Stapeln ist um den Faktor 2 bis 6 niedriger als beim Wickeln, und die Anlagen sind bei vergleichbarer Genauigkeit deutlich komplexer.

Im Verbundprojekt STACK sollen deshalb neue Anlagen- und Prozesstechniken erforscht und prototypisch umgesetzt und qualifiziert werden, um die Geschwindigkeit des Stapelprozesses zu erhöhen. Dabei sollen vergleichbar hohe oder sogar verbesserte Prozessausbeuten erreicht werden – also ähnlich wenig Ausschuss wie beim Wickelprozess erzeugt werden.

Zusätzlich sollen neue und verbesserte Elektroden- und insbesondere Separatormaterialien erforscht und entwickelt werden, um die Qualität von Lithium-Ionen-Zellen weiter zu erhöhen und Herstellungskosten weiter zu senken. Die Anlagen- und Prozessentwicklung wird an Materialien für die Massenproduktion ausgerichtet, die zukünftig relevant sein werden.

Zum Abschluss des Projektes sollen die Herstellungskosten in einer Massenproduktion evaluiert werden. Außerdem sollen verbesserte Leistungsdichten, Zyklenfestigkeiten und Langlebigkeiten gegenüber bisherigen Lithium-Ionen-Zellen nachgewiesen werden. Auch eine erhöhte Sicherheit wird erwartet.