Die Lithium-Ionen-Batterie ist das Herzstück der E-Mobilität. Bei ihrer Herstellung finden zentrale Prozesse unter Vakuum statt. Die passenden Vakuumpumpen für die unterschiedlichen Anforderungen gibt es bei BUSCH .
Lithium (Li) ist das leichteste unter den festen Elementen, und seine elektrisch geladenen Ionen sind sehr beweglich. Die Li-Ionen-Batterie – die im Auto in Wirklichkeit ein Akkumulator ist – kann bei gleicher Größe mehr Strom speichern als andere Batteriearten. Das macht sie nicht nur für Smartphones und Tablets zum idealen Energieträger, sondern auch für das Elektroauto. Sie ist derzeit die einzige Batterie, die ordentliche Reichweiten ermöglicht.
Paste ohne Lufteinschlüsse
Die Batterie besteht im Inneren aus Elektrodenfolien, die mit einer lithiumhaltigen Paste (Slurry) beschichtet werden. Die Rohmaterialien für den Slurry werden in einem Mischer vermengt. Hier soll eine homogene Masse ohne Lufteinschlüsse entstehen. Um sie zu entfernen, wird im Mischer ein Vakuum angelegt.
Nach dem Auftragen des Slurry muss die beschichtete Elektrode trocknen. Feuchtigkeit in den Batteriezellen würde zu Leistungsverlust und vorzeitiger Alterung führen. Durch Trocknen unter Vakuum lässt sich die Restfeuchte besonders effizient auf das Minimum absenken.
Elektrolytbefüllung und Formation
Zwischen den Elektroden bewegen sich die Ionen durch ein leitfähiges Material, den Elektrolyten. Flüssige Elektrolyten werden mit einer Dosierlanze eingebracht. Dabei wird unter einem definierten Druckprofil abwechselnd evakuiert und mit einem reaktionsträgen Schutzgas gespült, um die Masse in der Zelle gleichmäßig zu verteilen. Auch die für den Stromfluss wichtige Benetzung der Elektroden wird so verbessert.
Bei der sogenannten Formation werden die Batteriezellen erstmals elektrisch geladen. Hier werden Gase frei, die sowohl giftig als auch explosiv sein können. Sie werden deshalb mittels Vakuumpumpen abgesaugt.
Schließlich werden die fertigen Batteriezellen in der Qualitätskontrolle auf ihre Dichtheit geprüft. Wenn es ein Leck gibt, tritt unter Vakuum verdampfende Elektrolytlösung aus, die leicht detektiert werden kann. BUSCH findet für jede der einzelnen Anwendungen, die unterschiedliche Anforderungen an die Vakuumtechnik stellen, die optimale Lösung.
E-Mobilität braucht Vakuum
Zahlreiche Anwendungen in der Batterieproduktion
Dünner als ein Haar
Die Elektroden eines Li-Ionen-Stromspeichers bestehen aus extrem dünnen Folien. In Batterien wird Lithium als Anode verwendet; bei wiederaufladbaren Akkus dient ein Lithiummetalloxid als Kathode. Das Oxid wird mit einem Bindemittel und weiteren Hilfsstoffen zu einer homogenen Paste (Slurry) vermischt. In der Beschichtungsanlage wird sie gleichmäßig auf eine Aluminiumfolie aufgetragen. Dieser Prozess ähnelt dem Drucken mit einem Tintenstrahldrucker. Das Trägermaterial Aluminium dient als Leiter, der den Ladestrom aufnimmt, beziehungsweise den gespeicherten Strom wieder abgibt. Nach dem Beschichten wird die Folie durch ein Walzensystem geführt und dabei flachgepresst bis die einzelnen Blätter dünner sind als ein Haar. Je dichter die Beschichtung und je dünner die Elektrodenfolien, desto mehr Leistung bringt der Akku.
Die Elektroden eines Li-Ionen-Stromspeichers bestehen aus extrem dünnen Folien. In Batterien wird Lithium als Anode verwendet; bei wiederaufladbaren Akkus dient ein Lithiummetalloxid als Kathode. Das Oxid wird mit einem Bindemittel und weiteren Hilfsstoffen zu einer homogenen Paste (Slurry) vermischt. In der Beschichtungsanlage wird sie gleichmäßig auf eine Aluminiumfolie aufgetragen. Dieser Prozess ähnelt dem Drucken mit einem Tintenstrahldrucker. Das Trägermaterial Aluminium dient als Leiter, der den Ladestrom aufnimmt, beziehungsweise den gespeicherten Strom wieder abgibt. Nach dem Beschichten wird die Folie durch ein Walzensystem geführt und dabei flachgepresst bis die einzelnen Blätter dünner sind als ein Haar. Je dichter die Beschichtung und je dünner die Elektrodenfolien, desto mehr Leistung bringt der Akku.