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13.04.2016 | Labor-Automation

Herstellung von Lithium-Ionen Batterien - Präzises und reproduzierbares Tiefziehen von Verbundfolien

Jonas & Redmann Laboranlagen werden bevorzugt in Forschungs- und Entwicklungslaboratorien verwendet, eignen sich aber ebenso für Unternehmen zur Evaluation von Produktions- und Prozessparametern. Die Jonas & Redmann Laborequipments sind modular aufgebaut und erlauben eine flexible Anpassung an unterschiedliche Aufgabenstellungen.
Für das reproduzierbare Umformen von Verbundfolie, z.B. Aluminiumverbundfolie, hat Jonas & Redmann eine ebenso präzise wie flexible Labor-Tiefziehanlage entwickelt. Die (stand-alone) Labormaschine bietet eine Vielzahl von Prozessmodi und optionalen Erweiterungen.

Ihre Vorteile:

Jonas & Redmann Laboranlagen sind mit wenigen Handgriffen nach einer kurzen Einweisung in Betrieb zu nehmen und einfach in der Bedienung.

Alle Jonas & Redmann Laboranlagen sind wartungsarm und vorkalibriert.

Hochpräzise Anlagenkomponenten erzeugen reproduzierbare Versuchsergebnisse.

Anlagenoptionen ermöglichen die Evaluierung einer Vielzahl von Prozessparametern als Basis z.B. für ein Scale-up oder zur Optimierung bestehender Prozesse.

Die Anlage ermöglicht durch einen kompakten, modularen Aufbau und durch die Ausführung auf Rollen ein einfaches Handling in Laborumgebungen.

 

Batterie-Folienzellen (auch Coffeebag oder Pouch-Zellen) verfügen im Vergleich zu Hardcase-Zellen über Vorteile im Hinblick auf die gravimetrische Energiedichte und bieten, begründet durch die relativ einfache Verarbeitbarkeit der Gehäusematerialien, eine große Formatflexibilität.
Die Pouch-Verpackung der Batteriezellen aus Aluminiumverbundfolie muss zum Einbringen eines Folien-Stacks in eine, je nach Spezifikation variierende, Form tiefgezogen werden. Die Qualität des Tiefziehprozesses bei der Herstellung von Lithium-Ionen Batterien wirkt direkt auf die Parameter Lebensdauer (auf Zell– und Systemebene) und Sicherheit. Um einen industrialisierten, stabilen Tiefziehprozess von hoher Güte realisieren zu können, muss das weitestgehend unbekannte Verhalten von Mehrschicht-Verbundfolien im Prozess Tiefziehen in Prototypen-Versuchen, Werkstoffprüfungen und in Untersuchungen über die optimalen Parametereinstellungen der Kräfte auf den Rohling evaluiert werden.

Jonas & Redmann bietet für diese Aufgaben eine halbautomatische, modulare Laboranlage. Die Neuentwicklung ist für Universitäten und Forschungseinrichtungen sowie für Unternehmen zur Evaluation von Produktions- und Prozessparametern geeignet.

Flexibel und skalierbar
Die leicht zu bedienende, skalierbare Laboranlage bietet einen breiten Funktionsumfang. Optionale Erweiterungen machen die Anlage flexibel in der Produktentwicklung einsetzbar.
Die Steuerung ist weitgehend offen gestaltet, sodass eine kundenspezifische Integration und Erweiterung von Funktionen und Sensorik möglich sind. Die Parameter Tiefe (Distanz), Tiefziehkraft (Umformkraft), Tiefziehgeschwindigkeit (Umformgeschwindigkeit), Niederhalterkraft und Haltezeit sind frei einstellbar.
Ziehstempel, Ziehring und Niederhalter können optional über integrierte Heizelemente auf eine definierte Temperatur eingestellt werden (Raumtemperatur bis 120°C).
Durch ein optionales Stanzwerkzeug (Lochstanze) kann die tiefgezogene Halbschale indexiert werden. Bei der Assemblierung der Batteriezelle, können über diese Indexierlöcher zwei Halbschalen ausgerichtet werden.
Anstelle eines pneumatischen Antriebs kann, analog zum Ziehstempel, eine servoelektrische Spindelpresse montiert werden. Diese erhöht die Präzision und ermöglicht weitere tiefziehtechnische Betriebsarten.
Zusätzlich kann die Standard Systemwiederholgenauigkeit von <1% v. E. (Nennlast) optional auf <0,3% v. E. reduziert werden.

Bedienfreundlich und wartungsarm
Der Betrieb der kompakten Anlage erfolgt über ein Bedienpanel mit Touchscreen. Zur einfachen Bedienung sowie zur Anzeige von Betriebs- und Störmeldungen ist dieses als bewegliches Bedienpult ausgeführt. Die Eingabe der Prozessparameter und die Erstellung von Rezepten erfolgt über einen externen PC oder das Bedienpanel. Die verschiedenen Prozessparameter der Maschine werden zyklisch (inklusive Zeitstempel) durch die Steuerung in jeweils eine Daten-Datei geschrieben. Das Zeitintervall ist für jede Kenngröße - innerhalb der durch die Anlage selbst definierten Limits - frei über das HMI einstellbar.

Innovation durch Kooperation
Jonas & Redmann betrachtet die gesamte Prozesskette von breit angelegter Grundlagenforschung und angewandter Forschung bis hin zur Entwicklung von Prototypen im Systemzusammenhang und kooperiert besonders im Themenfeld Batterieproduktion mit Partnern aus der Wissenschaft. Durch die Zusammenarbeit mit Forschungseinrichtungen wie der „Battery LabFactory Braunschweig“ (BLB) können Produkte und Produktionstechnologien gleichermaßen effizient weiterentwickelt werden. Alexander Tornow, Diplom-Ingenieur am Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF) an der Technischen Universität Braunschweig betont in diesem Zusammenhang: „Die Labor-Tiefziehanlage von Jonas & Redmann, die in der Battery LabFactory genutzt wird,  ist ein hervorragendes Beispiel für den Transfer von wissenschaftlichen Erkenntnissen zur Optimierung von Forschungsanlagen.“

 

Kontakt TU Braunschweig

Dipl.-Ing. Alexander Tornow
Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF)
a.tornow@tu-braunschweig.de

Kontakt Jonas & Redmann:

Elke Beune
Unternehmenskommunikation
e.beune@jonas-redmann.com
030 230 866-6823