TRUMPF Applikation Busbarschweißen Batteriezelle

Die Herausforderung: Eine wirtschaftliche sowie prozesssichere Herstellung hochperformanter Lithium-Ionen-Batterien für die Elektromobilität

Beim Bau von Elektroautos kommen heute fast ausschließlich Lithium-Ionen-Batterien auf Elektrolytbasis zum Einsatz. Alternative Zusammensetzungen wie Feststoffbatterien oder andere chemische Komponenten haben bislang noch nicht die notwendige industrielle Reife erreicht.

Die Produktion von Lithium-Ionen-Batterien ist ein sehr aufwändiger und sensibler Prozess, der sehr hohe Material- und Energiekosten mit sich bringt. Deshalb muss der Herstellungsprozess sehr effizient mit hohen Stückzahlen und geringstem Ausschuss erfolgen. Oberstes Ziel der Batteriebranche ist es, eine hohe gravimetrische Energiedichte (Wh/kg) und damit eine hohe Milage (Reichweite) zu erzielen, was sich direkt in der Reichweite von Elektroautos wiederspiegelt. Darüber hinaus gilt es Batteriezellen zu entwickeln und zu bauen, die den hohen Anforderungen der Automobilindustrie bezüglich Sicherheit, Performance und Lebensdauer entsprechen. Der Laser als Werkzeug bietet hier in punkto Prozesssicherheit, Präzision und Leistungsfähigkeit unübertroffene Vorteile.

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Unterschiedliche Zelltypen, gleiche Anwendungen

In der Elektromobilität kommen drei Typen bzw. Formate von Lithium-Ionen-Batterien zum Einsatz. Das Funktionsprinzip aller Typen ist im Wesentlichen gleich. Die Hauptunterschiede liegen in der Bauweise, den Anforderungen und eingesetzten Materialien.

Pouchzelle

Die Pouchzelle hat den Vorteil, dass sie in der Geometrie nahezu frei wählbar und in der Größe gut skalierbar ist. Auch die sogenannte „Coffee-Bag-Zelle“ ist im Vergleich zu den anderen Zelltypen relativ einfach in der Herstellung, erfordert aber für einen sicheren Betrieb deutlich mehr Aufwand auf der Modulebene. Die aktuell zweithäufigste Zellbauweise im Automobilbau zeichnet sich durch eine gute Temperaturableitung sowie ein einfaches Energiemanagement aus. Dieses wird durch die freie Positionierung der Zellableiter und die Elektrodenstapelung (Anode auf Kathode, getrennt durch einen Separator) ermöglicht.

TRUMPF Automotive Anwendung prismatische Batteriezelle
Prismatische Zelle

Die prismatische Zelle besteht meist aus gestapelten Anoden und Kathodenpaketen, dem sogenannten Zell-Stack. Durch das feste metallische Gehäuseformat ergeben sich vor allem raumsparende Vorteile beim Packaging der Zellen zum Modul. Die Herstellung des prismatischen Zellgehäuses ist zwar aufwändiger, bietet jedoch hohe Sicherheit und Energiedichte auf Modulebene. Die prismatische Zelle zeichnet sich durch eine nahezu perfekte Kombination aus Energiedichte und Sicherheit bei langer Lebensdauer aus. Sie ist aktuell das häufigste Zellformat in Elektroautos.

TRUMPF Automotive Anwendung zylindrische Batteriezelle
Zylindrische Zelle

Die zylindrische Zelle ist eine bewährte Technologie in der Batterieherstellung. Im Automobilbau wird häufig der Typ 21700 verwendet. Bedingt durch seine Bauweise ist dieser Zelltyp in der maximalen Lademenge begrenzt. Dadurch werden viele Zellen für eine hohe Leistung benötigt. Zylindrische Zellen bestehen im Gegensatz zu den meist gestapelten prismatischen Zellen oder Pouchzellen aus jeweils nur einer Anode und Kathode, die getrennt durch einen Separator zu einer zylindrischen Rolle gewickelt werden. Auf Modulebene ergeben sich durch die runde Bauweise jedoch erhebliche Raumverluste.

Wo kommt der Laser bei der Herstellung von Batteriezellen zum Einsatz?

Ausgewählte Schlüsselanwendungen innerhalb der Prozesskette am Beispiel der Prismatischen Zelle

E-Mobility Consulting – Gemeinsam E-Mobility anpacken

Sie möchten wissen, wie wir Ihre Fertigung auf dem Weg in die Elektromobilität optimal unterstützen können? Profitieren Sie von unserem umfassenden Know-how als Technologielieferant für OEM, TIER, Zellhersteller und Integratoren. Darüber hinaus sind wir Partner zahlreicher öffentlicher und privater Forschungsinitiativen, mit denen wir gemeinsam neue technologische Lösungen für die Batterieherstellung entwickeln.

TRUMPF als Ihr Partner

Ob Laser mit grüner Wellenlänge für das Schweißen von Cu-Materialien, Strahlformung (BrightLine Weld) für spritzer- und porenfreies Schweißen von Aluminium und Kupfer oder spezielle Sensoriken zur Qualitätssicherung und Prozessüberwachung – TRUMPF bietet unzählige, innovative Fertigungslösungen für die Fertigung von Batteriezellen. Dabei profitieren Sie von unseren Technologiepakten mit einer großen Auswahl an Laserstrahlquellen, Optiken, Sensoriken und Applikations-Know-how.

Produktportfolio für die Batteriefertigung

Die TRUMPF Technologie BrighLine Weld ist der Schlüssel zum spitzerarmen Laserschweißen von Busbars, Softconnectors, Can-Caps oder Modulhousings mit Highpower IR Lasern. Darüber hinaus sind unsere TruDisk Laser mit grüner Wellenlänge für hochreflektive Materialien wie z. B. Kupfer prädestiniert – bis zu 2kW cw oder gepulst bis 400 W mittlerer Leistung. Definierte und konstante Einschweißtiefen sind so realisierbar und sorgen für wiederholbare Prozesse. Beim Wärmeleitschweißen profitieren Sie außerdem von einem minimalen Wärmeeintrag ins Werkstück. Speziell zur automatisierten und hochproduktiven Fertigung sind unsere Sensoriken VisionLine OCT und Einschweißtiefenüberwachung) einwickelt worden. So können Sie sich immer auf eine vollständige Dokumentation und Rückverfolgbarkeit verlassen.

Produktive und leistungsstarke Systeme für unsere Kunden

Unser TruDisk Laser Design ermöglicht mit mehreren Laserabgänge pro Laser eine optimale Auslastung des Lasers im Timesharing und Redundanzbetrieb. Darüber hinaus profitieren Sie durch unsere Laserleistungsregelung von einer immer gleichbleibenden Laserleistung am Werkstück.

TRUMPF als Innovationsgarant

Wir verstehen uns als Ihr Applikationsberater und Enabler für neue Fertigungsmöglichkeiten. Dabei profitieren Sie von unserem fundierten Branchenwissen und unserer jahrzehntelangen Erfahrung als Laser-Pionier.

Global aufgestellt, lokal handlungsfähig

Profitieren Sie von einer Beratung durch unsere Experten und unserem weltweiten Servicenetzwerk. Egal, ob Sie Service oder Applikationsentwicklung benötigen – wir sind da, wo Sie sind. So überwachen TRUMPF beispielsweise beim Condition Monitoring Service Experten und Algorithmen Ihre Laser zur vorausschauenden Instandhaltung speziell für sensible und große Produktionslinien.

Das TRUMPF Laser Application Center in Ditzingen

TRUMPF laser application centre Ditzingen

Viele Fälle, ein lohnenswerter Besuch

Mit über 4.000 m² ist das TRUMPF Laserapplikationszentrum in Ditzingen eines der größten Laseranwendungszentren weltweit. Unsere Applikateure und Branchenexperten unterstützen Sie bei der Applikationsentwicklung und -optimierung anhand Ihres konkreten Bauteils – mit unserem umfangreichen Portfolio an vielfältigen Laserbearbeitungssystemen.

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