Schnelles Stapeln für die Massenfertigung von kostengünstigen und sicheren Lithium-Ionen-Zellen und Weiterentwicklung von Elektroden- und Separatormaterialien - Material-, Prozess- und Anlagenentwicklung und Qualifizierung im Produkt

Grundsätzlich können Stapelzellen wegen ihres homogenen Aufbaus Vorteile gegenüber gewickelten Zellen haben. Daneben weisen gestapelte Zellen durch die bessere Raumausnutzung eine um 2 bis 5 Prozent höhere Zellkapazität auf. Ein großer Nachteil des Einzelblatt-Stapelverfahrens ist jedoch der geringere Durchsatz bei den derzeit verfügbaren Anlagen.

Das Ziel dieses Vorhabens ist es, den Nachteil des geringeren Durchsatzes eines Staplers im Rahmen der geplanten Arbeiten mindestens zu kompensieren. Gleichzeitig sollen vergleichbare bis verbesserte Prozessausbeuten durch die Entwicklung bzw. Anpassung bestehender Prozesse und Handhabungstechnik im Vergleich zum Stapeln erzielt werden.

Eine abschließende Evaluierung der Herstellkosten in einer Massenproduktion soll die Ergebnisse für die schnelle wirtschaftliche Übertragung und kommerzielle Verwertung im Vergleich zu herkömmlichen Materialien und Prozessen vorbereiten. Der Nachweis verbesserter Leistungsdichten, Zyklenfestigkeit, Langlebigkeit und Sicherheit gegenüber bisherigen Lithium-Ionen-Zellen ist ebenso ein Zielkriterium.

Die Manz AG wird nach Evaluierungs- und Designphase eine demonstratorische Stapelanlage entwickeln, diese bauen und im Betrieb qualifizieren. Es ist geplant, diesen Demonstrator an der Forschungsproduktionslinie (FPL) am ZSW zu betreiben. Hierzu werden die folgende Arbeitsinhalte adressiert:

• Zellspezifikationen auf Basis PHEV1 (mit Verbundpartnern und assoziierten Partnern) definieren

• Konzept und Versuchsstände für die notwendigen Vorprozesse der Halbzeuge erarbeiten und ggf. aufbauen

• Konzept und Design erstellen sowie Konstruktion und Bau eines Demonstrators durchführen und anschließend die Funktion nachweisen

• Aufstellen und gemeinsame Inbetriebnahme an der FPL, technische Qualifizierung des Stapler-Demonstrators

• Kostenbetrachtung der Produktion im GWh-Maßstab (mit Verbundpartnern und assoziierten Partnern).

Die Nachfrage des Weltmarktes nach schnellen Einzelblattstapelmaschinen ist in den vergangenen Jahren erheblich angestiegen, da die von der Automobilindustrie geforderten, strengen Qualitätsmerkmale mit aktuellen Wickelkonzepten nicht (ohne Weiteres) erreicht werden können. Für die Beibehaltung der Wettbewerbsfähigkeit der Manz AG im Batteriesektor erscheint es dringend geboten, sehr schnelle Stapelprozesse zu erforschen und zu entwickeln, um solche Anlagentechnik auf dem Markt anbieten zu können. Die Manz AG hat umfangreiche Erfahrungen sowohl mit Wickel- als auch mit Einzelblattstapelprozessen. Letztere genügen jedoch bisher eher den Anforderungen von Laborprozessen als denen für die Massenfertigung.

Die Manz AG wird nach Erreichen der Ziele diesen Anlagentyp einer weiteren Optimierung unterziehen und gegenüber dem Vorhabenergebnis mit Automatisierung und inline Qualitätskontrolle ergänzen und kommerziell vermarkten. Kurzfristig sollen erste Ergebnisse in Form von Anlagentechnik für Sonderanwendungen verwertet werden können.