1. DEUTSCH
  2. News
  3. Stories
  4. 2019
  5. 09
  6. Volkswagen startet Pilotproduktion von Batteriezellen

Wir nutzen Cookies, um Ihnen die bestmögliche Nutzung unserer Webseite zu ermöglichen und unsere Kommunikation mit Ihnen zu verbessern. Wir berücksichtigen hierbei Ihre Präferenzen und verarbeiten Daten für Analytics und Personalisierung nur, wenn Sie uns durch Klicken auf "Zustimmen und weiter" Ihre Einwilligung geben oder über den Button "Cookie Präferenzen setzen" eine spezifische Auswahl festlegen. Sie können Ihre Einwilligung jederzeit mit Wirkung für die Zukunft widerrufen. Informationen zu den einzelnen verwendeten Cookies sowie die Widerrufsmöglichkeit finden Sie in unserer Datenschutzerklärung und in der Cookie-Richtlinie.

Zustimmen und weiter Cookie Präferenzen setzen

Volkswagen startet Pilotproduktion von Batteriezellen

Volkswagen startet Pilotproduktion von Batteriezellen

Die Pilotlinie von Volkswagen am „Center of Excellence“ in Salzgitter läuft. In wenigen, aber anspruchsvollen Schritten stellen Experten in einem komplexen Fertigungsvorgang Lithium-Ionen-Akkus her.

Am einfachsten lässt sich der Gesamtprozess verstehen, wenn man die Batteriezellfertigung zuerst in drei große Abschnitte unterteilt: Zu Beginn die Elektrodenfertigung, danach die Zellassemblierung und abschließend die Zellkonditionierung. Alle drei Abschnitte lassen sich wiederum in kleinere Teilschritte gliedern. Wichtig ist es, dabei den grundsätzlichen Aufbau einer Lithium-Ionen-Batteriezelle vor Auge zu behalten.

Aller Anfang ist… die Elektrodenfertigung

Von den Rohstoffen zur ersten Zelle: Die Elektrodenfertigung auf der Pilotlinie in Salzgitter ist in vier Abschnitte unterteilt.

Zu Beginn steht der Prozessschritt des Mischens (Powder Processing / Mixing) der Anoden- und Kathodenrezeptur aus pulverförmigen Ausgangsstoffen zusammen mit Wasser bzw. Lösungsmitteln. Die Herstellung der Paste (engl. Slurry) ist technisch sehr anspruchsvoll. Präzises Dosieren und höchste Sauberkeit stehen hierbei im Vordergrund. In Salzgitter am CoE werden für die Anode als wichtigste Zutat Kohlenstoff (Graphit) und für die Kathode Lithiummetalloxid verwendet, jeweils intensiv vermischt mit Binder und Leitadditiven. Aus diesen Rohstoffen werden homogene Pasten hergestellt.

Im zweiten Schritt folgt das Beschichten (engl. Coating). Der Transport der Pasten erfolgt in atmosphärisch abgedichteten Speichern, die durch ein Rührwerk die homogene Verteilung der Pasten sicherstellen. Beim Beschichten werden die unterschiedlichen Slurrys auf Trägerfolien aufgetragen, die Anode auf eine Kupfer-Folie, die Kathode auf eine Aluminium-Folie. Die Pilotlinie verfügt über Anlagentechnik, die es ermöglicht, doppelseitig gleichzeitig zu beschichten. Die Trocknung der Pasten auf den Metallbändern erfolgt hierbei im Schwebetrocknungsverfahren – das beschichtete Band hat keinen Kontakt mit Maschinenteilen und „schwebt“ somit durch die Anlage.

In Schritt drei wird die beschichtete Folie verdichtet (engl. Roll pressing). Dies erfolgt über ein Walzwerk – im Fachjargon als Kalander bezeichnet. In der Pilotlinie wird ein Kalander eingesetzt, der die beschichteten Bänder mit maximal 200 t Druck verarbeitet. Die entstehenden Bänder werden mit höchster Präzision auf ihre Zieldicke verdichtet. Das Ergebnis: Die Dicke weicht maximal um 4 µm vom Zielwert ab – dies entspricht etwa dem 25stel eines menschlichen Haares. Das fertige Elektrodenband (auch Mutter-Coil genannt) wird anschließend zur Weiterverarbeitung mit speziellen Hebegeräten dem Kalander entnommen und steht für die Folgeprozesse bereit.

Für die Weiterverarbeitung des Elektrodenmaterials kann es notwendig sein, das Mutter-Coil der Länge nach zu teilen. Dieser Prozess wird als Längsschneiden (engl. Slitting) bezeichnet. Bei dem Trennvorgang wird das Mutter-Coil in mehrere, schmalere Elektrodenbänder (auch Tochter-Coils) unterteilt. Die Messeranordnung und -geometrie sind maßgeblich für die Qualität der entstehenden Batteriezelle.

Die Zellfertigung – wie aus Elektrodenband eine Zelle entsteht

Die Zellfertigung teilt sich in unterschiedliche Prozesse auf. Die Art und Reihenfolge sind hierbei von der zu fertigenden Zelle abhängig. Im Center of Excellence Batteriezelle werden sieben wesentliche Schritte unterschieden.

Beim Vereinzeln (engl. Sheet cutting) werden aus den Tochter-Coils Anoden-, Kathoden- und Separatorblätter herausgetrennt. Diese werden im Englischen auch als „Sheets“ bezeichnet. Auch eine hervorragende Schnittkantenqualität ist essentiell für die Zellfertigung. Im CoE in Salzgitter wurde deshalb eine Laserschneidanlage von Grund auf neu entwickelt und mit Partnern zusammen aufgebaut.

Beim Vereinzeln (engl. Sheet cutting) werden aus den Tochter-Coils Anoden-, Kathoden- und Separatorblätter herausgetrennt

Nach dem Vereinzeln der Bänder zu Blättern müssen diese getrocknet und bei minimaler Feuchtigkeit in der Raumluft für Folgeprozesse bereitgestellt werden. Hierfür werden diese über Schleusensysteme in Vakuum-Trockenöfen eingebracht und nach der Trocknung in sogenannten Trockenräumen weiterverarbeitet. Die Luftfeuchtigkeit in diesen Räumen liegt um den Faktor 350 niedriger als in der Umgebungsluft.

Bei der Stapelbildung (engl. Stacking) werden die Einzelblätter von Kathode, Anode und Separator mit einer Präzision von +/- 0,3 mm aufeinandergelegt. Dabei werden mehrere Blätter gleichzeitig aus Bauteilmagazinen entnommen, ausgerichtet, auf Werkstückträgern abgelegt und geklemmt – und das alles in einer Sekunde. Die Sheets werden in einem wiederholenden Zyklus aus Anode, Separator, Kathode, Separator, Anode, usw. gestapelt. Es entsteht ein „Zellstapel“.

Bei der Stapelbildung (engl. Stacking) werden die Einzelblätter von Kathode, Anode und Separator mit einer Präzision von +/- 0,3 mm aufeinandergelegt. Dabei werden mehrere Blätter gleichzeitig aus Bauteilmagazinen entnommen, ausgerichtet, auf Werkstückträgern abgelegt und geklemmt – und das alles in einer Sekunde. Die Sheets werden in einem wiederholenden Zyklus aus Anode, Separator, Kathode, Separator, Anode, usw. gestapelt. Es entsteht ein „Zellstapel“.

Anschließend erfolgt die Stapeltrocknung (engl. Stack drying) bei konstanter Temperatur und bei wechselnden Zyklen von Vakuum und Inertgas-Beaufschlagung. Der Wechsel zwischen Vakuum und der Begasung mit Inertgasen – das sind reaktionsträge Gase wie Stickstoff, Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon  – ist notwendig und sinnvoll, weil damit die Trocknung beschleunigt wird.

Nach der Trocknung schließt sich das Schweißen des Plus- und Minus-Pols der Batteriezelle an. Diese im Englischen als „Tabs“ bezeichneten Metallbleche werden in der Pilotlinie über einen Laser-Prozess angeschweißt.

Beim Arbeitsschritt Assemblieren wird der Elektrodenstapel in das Gehäuse eingebracht. In der Pilotlinie entsteht in einer Tiefziehanlage zuerst die Grundform der sogenannten Pouch-Zelle oder Pouch-Bag. Bei dieser Zellbauform besteht das Gehäusematerial aus einer dampfdichten Folie, die aus mehreren Schichten besteht. Diese Art der Zelle steckt heutzutage in jeder Hosentasche – durch die flache und flexible Bauweise ist sie Bestandteil jedes Smartphones. In diese Grundform wird der Zellstapel eingebracht und anschließend mit einem Heißsiegelprozess verschlossen.

Beim Befüllen und Verschließen (engl. Filling and Sealing) werden die Pouch-Zellen mit Elektrolyt befüllt

Beim Befüllen und Verschließen (engl. Filling and Sealing) werden die Pouch-Zellen mit Elektrolyt befüllt. Eine Pouch-Zelle ist eine von insgesamt drei möglichen Bauformen einer Lithium-Ionen-Zelle; „Pouch“ ist Englisch und bedeutet Beutel oder Tasche und beschreibt die Form der Zelle. In Salzgitter geschieht das Befüllen und Verschließen der Pouch-Zellen in einer Prozesskammer, die manuell mit einer Pouch-Zelle beladen wird. Durch mehrere Befüll-Lanzen wird dann der Elektrolyt unter Vakuum in die Batteriezelle hochgenau gefüllt. Beim anschließenden Benetzen (engl. Wetting) werden alle Bereiche der Zelle mit Elektrolyt in Kontakt gebracht. Das Wetting ist eine Herausforderung bei der Entwicklung von leistungsstarken Lithium-Ionen-Batterien, weil für das Eindringen des Elektrolyten nur wenig offene Oberfläche zur Verfügung steht. Alles muss durch Randflächen des Stapels eindringen und sich dann nach innen verteilen.

Schritt drei: Die Zellkonditionierung

Die Zellkonditionierung ist in sechs Schritte unterteilt:

Die Formation bezeichnet die ersten Lade- und Entladevorgänge der Batteriezelle. Die Parameter (Strom- und Spannungsverläufe) während der Formation beeinflussen die finale Zellkapazität.  Auch hier zeigt sich das Kern-Know-how eines Zellherstellers.  

Die Formation (auch: Interkalation) bezeichnet die ersten Lade- und Entladevorgänge der Batteriezelle. Hierbei zeigt sich das Kern-Know-how eines Zellherstellers

Die Entgasung und Abdichtung (engl. Degassing and Sealing) ist wichtig, weil es während der elektrochemischen Formationsprozesses zur Gasbildung in der Zelle kommt.

Das Gas entweicht in einen sogenannten Totraum innerhalb der Pouch-Zelle (auch Gastasche genannt) und sammelt sich dort. Als Nächstes wird die Gastasche abgetrennt und die Zelle somit in ihre endgültige Form gebracht.

Zum Abschluss braucht die Pouch-Zelle noch eine Siegelung (engl. Sealing). Damit ist die Zelle abgedichtet gegen Wasser von außen und Elektrolytaustritt von innen. Die Güte der Siegelnaht bestimmt entscheidend die Lebensdauer der Zelle.

Die Zelle ist fertig. Nun muss sie bewertet werden! Den vorletzten Schritt der Fertigung nennen Experten Alterung (engl. Aging). Ziel ist es, zellinterne Kurzschlüsse durch regelmäßige Messungen der Leerlaufspannung der Zelle zu identifizieren. Der Prozess kann bis zu drei Wochen dauern. Wenn in dieser Zeit keine signifikanten Änderungen der Spannung registriert werden, spricht dies für einen qualitätstechnisch guten Zellzustand.

Die Endkontrolle (engl. EOL Inspection, EOL steht für End of Line) beinhaltet die Bewertung der Zelle nach ihren wichtigsten elektrochemischen Eigenschaften. Es werden Größen gemessen, die Aussagen zum elektrischen Speichervermögen, zu den inneren Zellwiderständen und zu den Verlusten erlauben.

Einfach erklärt – Lithium-Ionen-Batterie

Wie funktioniert eine Lithium-Ionen-Batterie eigentlich und was ist ein Batteriesystem?

Eine Lithium-Ionen-Batteriezelle besteht aus der Anode (oft auch „Negative Elektrode“ genannt; Graphit auf Kupferfolie), einem Separator (poröse Polyolefin-Folie, keramikbeschichtet), einer Kathode (oft auch „Positive Elektrode“ genannt; Lithium-Metall-Oxid auf Aluminiumfolie) und einem Elektrolyt (Lithium-Salz und weitere Additive gelöst in organischem Lösungsmittel). Grundsätzlich werden für die Herstellung von Lithium-Ionen Batteriezellen für Elektroautos fünf Hauptrohstoffe benötigt. Auf der Kathodenseite fungiert eine Verbindung der Elemente Kobalt, Nickel und Mangan durch ihre Struktur als Ort für die Speicherung des Ladungsträgers Lithium, auf der Anodenseite ist dies Graphit. Des Weiteren ist Lithium im Elektrolyt enthalten. 


Wichtiger Hinweis

Wenn Sie auf diesen Link gehen, verlassen Sie die Seiten der Volkswagen AG. Die Volkswagen AG macht sich die durch Links erreichbaren Seiten Dritter nicht zu eigen und ist für deren Inhalte nicht verantwortlich. Volkswagen hat keinen Einfluss darauf, welche Daten auf dieser Seite von Ihnen erhoben, gespeichert oder verarbeitet werden. Nähere Informationen können Sie hierzu in der Datenschutzerklärung des Anbieters der externen Webseite finden.

Weiter zur Seite Abbrechen