Trockenraum in der Batterieproduktion neu gedacht
Das PEM fertigt Lithium-Ionen-Zellen in Mini-Environments.
Im Elektromobilitätslabor (eLab) am Campus Melaten fertigt das PEM Lithium-Ionen-Zellen im Pouchformat. Die konventionelle Batteriezellfertigung findet im Rein- und Trockenraum statt, um die energiereichen und empfindlichen Materialien vor Staubpartikel und Luftfeuchtigkeit zu schützen. Die Einrichtung eines kontrollierten Reinraums in der Produktion ist für die Qualität und Leistungsfähigkeit der Batterien entscheidend. Damit verbunden sind jedoch einerseits hohe Initialkosten und andererseits hohe laufende Betriebskosten.
Am Lehrstuhl Production Engineering for E-Mobility Components (PEM) wurden gemäß dem Motto „So viel Reinraum wie nötig – so wenig wie möglich“ in Zusammenarbeit mit M.Braun Inertgas-Systeme GmbH aus Garching prozessspezifische, bauraumoptimierte Rein- und Trockenräume, sogenannte Mini-Environments, entwickelt. Mini-Environments umschließen ausgewählte Produktionsschritte lokal und ermöglichen die zielgerichtete Bereitstellung speziell für den jeweiligen Prozessschritt notwendiger Produktionsumgebung. Die globale Bereitstellung einer Arbeitsatmosphäre entfällt und die Betriebskosten können dadurch signifikant gesenkt werden. Kleine Reinräume ermöglichen die Schaffung und Regelung von konstanten Rahmenbedingungen und garantieren höchste Qualität für die Produkte. Die langjährige Erfahrung des PEM im Bereich der Batteriezellfertigung und die Kompetenz von M.Braun in der Inertisierung von Prozessbereichen mit Gasatmosphären konnte erfolgreich auf die Umsetzung der Mini-Environments mittels speziell angepassten Aggregaten übertragen werden. Innerhalb der Mini-Environments kann ein Taupunkt von unter -70°C erreicht werden. Dies entspricht bei Umgebungstemperatur einer Luftfeuchtigkeit von unter 1 ppm. Dadurch wird die Qualität und Langzeitstabilität der Zellen deutlich verbessert. Darüber hinaus wird das Arbeiten für die Mitarbeiter durch geringere Anforderungen hinsichtlich der benötigten Schutzkleidung und normaler Arbeitsatmosphäre erleichtert. Zukünftig wird in Kooperation mit ausgewählten Partnern die Umsetzung weiter optimiert und erste Umsetzungen in der Serienproduktion sind bereits geplant.