Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Batterietechnologie

Kontaktierte 18650-Batteriezellen. — © Fraunhofer ILT, Aachen.
Mit dem Lasermikrofügen lassen sich Batterien präzise und schnell kontaktieren.

Die zunehmende Elektrifizierung von Automobilen erfordert leistungsfähige Energiespeichersysteme – stationäre genauso wie mobile. Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT konzipiert vollständige Prozessketten mit hocheffizienten Laserverfahren für den Aufbau von Batteriemodulen oder Batteriepacks – von der Zellfertigung bis hin zur Packkontaktierung. Dabei werden Zelltypen verschiedener Bauarten eingesetzt wie z. B. 18650-Rundzellen, prismatische Zellen oder Pouch-Zellen.

Dünnschichtverfahren (Trocknen, Sintern)

Für die Einführung von wettbewerbsfähigen elektrischen Energiespeichern in den Massenmarkt müssen die Produktionskosten für Batteriezellen signifikant reduziert werden.

Die Substitution konventioneller Ofenprozesse durch innovative Laserverfahren stellt einen vielversprechenden Ansatz dar. Zumal die kompakte Bauweise der Laser eine erhebliche Reduzierung des notwendigen Bauraums mit sich bringt. Ein weiteres Einsatzgebiet des Lasers ist die Sinterung von Festkörperelektrolyten.

Laserschneiden und Laservereinzeln

Bei der großflächigen Abscheidung von Schichtstapeln für Kathoden und Anoden müssen einzelne Batteriezellen aus dem beschichteten Substrat herausgetrennt werden. Mit Laserschneidprozessen lassen sich die beschichteten Batteriefolien kurzschlussfrei vereinzeln.

Damit wird eine maximale Ausbeute an Batteriezellen aus einem beschichteten Trägermaterial erzielt. Rohstoffe werden so effizienter genutzt und die Flexibilität bei der Vereinzelung von Batteriezellen steigt.

Verschalten von Zellen zu Batteriesystemen

Laserstrahlmikroschweißen verbindet Batteriezellen zu Modulen und Packs und gewährleistet eine langfristig stabile Verbindung mit niedrigem elektrischen Widerstand. Innovative Laserschweißtechniken, wie beispielsweise die Verwendung von hochbrillanten Strahlquellen wie Faserlasern, ermöglichen es, die Anbindungsgestalt und das Durchmischungsverhältnis der zu verbindenden Materialien zu kontrollieren.

Dadurch können verschiedene Materialkombinationen, von Aluminium-Kupfer bis Kupfer-Stahl, bei unterschiedlichen Zelltypen realisiert werden. Diese Methode eignet sich sowohl für die Herstellung von zuverlässigen elektrischen und mechanischen Verbindungen zwischen einzelnen Zellen als auch für die Produktion von Modulen und großen Batteriepacks.

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