Elektrolytdosierung für Lithium-Ionen-Batterien
Gigafactories fertigen Zellen in immer kürzeren Taktzeiten – 40 Zellen pro Minute sind inzwischen keine Seltenheit mehr. Der Befüllung und Benetzung als zeit- und qualitätskritischsten Prozessschritten in der Zellassemblierung ist daher besondere Aufmerksamkeit zu schenken. Bei der Befüllung wird der Elektrolyt unter Vakuum in eine Batteriezelle eingefüllt. Unter Benetzen, auch Wetting genannt, versteht man das Eindringen des Elektrolyten in die poröse Struktur von Elektrode und Separator – der elektrische Kontakt über Ionenaustausch entsteht. Der Elektrolyt von Lithium-Ionen-Batteriezellen besteht aus einem Lithiumsalz, meist Lithiumhexafluorphosphat, und Ethylen-, Propylen- oder Dimethyl-Carbonat als Lösungsmittel. Da der Elektrolyt bereits bei geringer Luftfeuchtigkeit lebensgefährliche Flusssäure bilden kann, findet die Elektrolytbefüllung in – extrem kostenintensiven – Trockenräumen statt. Eine prozessstabile Dosiertechnologie mit langen Standzeiten ist entsprechend wichtig. Bei einem Metallgehäuse ist die Dosiergeschwindigkeit limitiert, da zu hohe Dosierdrücke die Zellwicklung zerstören können. Bei Pouch-Zellen führt eine Erhöhung der Geschwindigkeit lediglich zur kurzzeitigen Ausdehnung der Hülle. Bei der Planung von Fertigungsstrecken für die Befüllung von Metallgehäusen sollten Konzepte für die parallele oder mehrfache Befüllung eingeplant werden. Aufgrund der Porosität der Elektroden und des Separators ist eine große Fläche vollständig zu benetzen, ein Vorgang, der je nach Zellgröße 10 bis durchaus 45 min und mehr dauern kann. Nicht vollständig benetzte Bereiche sind inaktiv, die Qualität leidet und es kann zu Dendritenwachstum kommen – ein Sicherheitsrisiko. ViscoTec bietet eine Dosiertechnik an, die speziell auf Elektrolyte mit einer Viskosität von ~ 100 – 250 mPas bei 20 °C und einer Dichte von ~1,1 – 1,3 g/cm³ ausgelegt ist. Im Bedarfsfall werden für den Anwender individuelle technische Anpassungen vorgenommen. Über eine Modifikation des Designs soll für jeden Anwendungsfall die optimale Elektrolytbefüllung garantiert werden.
