Produktions­technisches Demonstrations­zentrum für Lithium-Ionen-Zellen - DeLIZ

Zielstellung

Das Forschungsvorhaben befasst sich mit der Entwicklung neuer automatisierter Produktionsverfahren zur wirtschaftlichen Massenfertigung von hochenergetischen Lithium-Ionen-Zellen (LIZ). Ziel der Forschungsarbeiten am IWM ist die grundlegende Entwicklung von Fertigungsmethoden zur Herstellung und von geometrisch unbestimmten Zellformen (Freiformflächen) und deren Integration in Tragstrukturen. Dazu gehört die Evaluierung möglicher Formgebungs- und Fügemethoden und die versuchstechnische Ermittlung deren Grenzen anhand prototypischer Muster. Weiterhin wird das IWM einen Beitrag leisten, die Zuführ- und Montagetechnologien zur Integration von LIZ-Modulen in Strukturkomponenten zu erarbeiten.

Lösungsweg

Fertigen von LIZ mit geometrisch unbestimmter Zellform

Ausgehend von einem erstellten Fertigungskonzept zur Herstellung geometrisch unbestimmter Zellformen sind zunächst die hierzu möglichen unterschiedlichen Formgebungstechnologien zu evaluieren. In Zusammenarbeit mit dem IOF (Trennen der Folien) ist die Formgebung und Fixierung der Folien anhand der erarbeiten technologischen Möglichkeiten in Form einer Machbarkeitsstudie zu untersuchen.

Integration von LIZ in Strukturkomponenten

Zunächst sind am IWM im Formgebungs- und Montagewerkzeug Formgebung und Fügen des Verifikationsbauteils aus faserverstärktem Thermoplast und Blechverstärkungen zu realisieren. Nachfolgend wird durch die Variation der Formgebungs- und Verbindungstechnologien und deren Parametrierung ermittelt, wie die geometrisch unbestimmten Zellformen in das Verifikationsbauteil eingebettet werden können. Für die Erzielung seriengerechter Taktzeiten ist ein hoher Automatisierungsgrad erforderlich. Somit ist für den konzipierten Verarbeitungsprozess mit dem ILK ein automatisiertes Handhabungssystem zu entwickeln. Außerdem gilt es, die Steuerungen aller Prozesseinrichtungen aufeinander abzustimmen. Dies beinhaltet die Temperiereinrichtungen sowie weitere prozessintegrierte und periphere Handhabungs- und Zuführsysteme.

Ergebnisse

Zu Beginn wurden umfangreiche Recherchen zur Ermittlung von Werkstoffparametern und Vorversuche zur Auswahl einer geeigneten Formgebungstechnologie durchgeführt. Diese Erkenntnisse wurden beim Entwurf des Verifikationsbauteils für die Integration der geometrisch unbestimmten Zellformen berücksichtigt (Bild 1). Für die Fertigung dieses Verifikationsbauteils wurde ein prototypisches, modular aufgebautes, variotherm temperierbares Formgebungs- und Montagewerkzeug entworfen (Bild 2). Hierzu wurden durch experimentelle Untersuchungen geeignete Fertigungs- und Gestaltungsmöglichkeiten der Werkzeugaktivelemente sowie Möglichkeiten zur Einbindung der Temperierelemente gefunden.

In weiteren Arbeiten wurden mit einem bereits vorhandenen Formpresswerkzeug Startparameter für die spätere Optimierung des Formgebungs- und Fügeprozesses ermittelt. Dabei wurden Standard-Lithiumionenzellen sowie (bis zur Verfügbarkeit lasergeschnittener Elektrodenfolien) manuell gefertigte "LIZ-Dummies" aus ähnlichen Folienmaterialien verwendet.

Kontakt

© Crispin-Iven Mokry

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Name

Herr Dr.-Ing. Lars Penter

Oberingenieur Forschung und Lehre

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Organisationsname

Professur für Werkzeugmaschinenentwicklung und adaptive Steuerungen

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