Fünf intelligente Wege zur Verbesserung der EV-Batterieproduktion

Lösungen zur Flüssigkeitsdosierung für die präzise EV-Batterieproduktion

Batterien und Batteriemanagementsysteme sind das Herzstück der heutigen Elektrofahrzeuge. Diese Komponenten bestimmen die Leistung, Sicherheit und Reichweite von mehr als 16,5 Millionenⁱ Elektrofahrzeugen, die derzeit auf den Straßen unterwegs sind.

Hersteller von Elektrofahrzeugen und Batterien suchen weiterhin nach Möglichkeiten, die Effizienz und Geschwindigkeit ihrer Produktionsprozesse zu erhöhen. Viele wenden sich an Nordson EFD, wenn es um Präzisionslösungen für die Flüssigkeitsdosierung geht. EFD-Jetventile, Dosierventile und automatisierte Dosiersysteme helfen Herstellern bei der Fertigung von leistungsstarken, fehlerfreien Batterien mit höheren Produktionsgeschwindigkeiten, indem sie präzise Flüssigkeitsmengen innerhalb enger Toleranzen für die Dosiergröße und Position auftragen.

Mit der Umstellung des Verkehrsmarktes auf elektrisch betriebene Fahrzeuge konzentrieren sich intelligente Hersteller auf die Verbesserung der Qualität und des Durchsatzes ihrer EV-Produktionsprozesse. Um die ehrgeizigen Produktionsziele zu erreichen, müssen die Unternehmen effiziente Fertigungstechniken einsetzen, um erfolgreich zu sein.

Die Beherrschung der automatisierten Flüssigkeitsdosierung für die Herstellung von Batteriezellen und die Montage von Elektroautobatterien ist ein bewährter Weg, um die Produktionseffizienz zu steigern und qualitativ hochwertige Batteriepacks herzustellen. Es kann jedoch eine Herausforderung sein, zu verstehen, dass eine geschickte Flüssigkeitsdosierung Vorteile bei der Herstellung bietet, und zu bestimmen, worauf man sich bei der Fertigung von Elektroautobatterien konzentrieren sollte. Einige Unternehmen beeinflussen ihren EV-Batterieproduktionsprozess, indem sie sich auf diese fünf Bereiche der Fertigung konzentrieren:

1. Bei der Herstellung von Zellen müssen die wichtigsten Komponenten präzise ausgerichtet werden, um die Gesamtleistung und Lebensdauer der Batterie zu verbessern.
   
   
2. Bei der Herstellung von Zellen ist auf eine präzise Elektrolytbefüllung zu achten, um die Gesamtleistung und Stabilität der Zelle zu gewährleisten.
   
   
3. Verwenden Sie bei der Montage von Modulen und Paketen ein kontrolliertes und automatisiertes Verfahren zum Auftragen von Wärmeleitmaterial (TIM), um ein thermisches Durchgehen zu verhindern, was für die Sicherheit des gesamten Batteriepakets entscheidend ist.
   
   
4. Reduzieren Sie bei der Modul- und Packmontage die Zykluszeit und erhöhen Sie die Wiederholbarkeit und Genauigkeit des Klebevorgangs der Batteriezellen auf dem Batterieträger, um die Produktionsausbeute zu erhöhen und wertvolle Produktionszeit zu sparen.
   
   
5. In allen Bereichen der Fertigung ist es wichtig, zukunftssicher zu sein, indem die Produktionsmethoden flexibel bleiben und an neue Batteriechemien und -technologien angepasst werden.
   
   
1. Bei der Herstellung von Zellen müssen die wichtigsten Komponenten präzise ausgerichtet werden, um die Gesamtleistung und Lebensdauer der Batterie zu verbessern.

 



Die genaue Positionierung und Menge des Klebstoffs während des Batterieherstellungsprozesses hat einen großen Einfluss auf die Funktionalität, Qualität und Langlebigkeit der Batterie während ihrer gesamten Lebensdauer.

 

 

Damit die Batterietechnologie wie vorgesehen funktioniert, muss eine präzise Ausrichtung zwischen Kathode, Anode und Separator gewährleistet sein. Das Fachwissen von Nordson EFD im Bereich Flüssigkeitsdosierung ist entscheidend für die Empfehlung der richtigen Lösung für den exakten, wiederholgenauen Klebstoffauftrag, um die genaue Ausrichtung der Batterieschichten innerhalb der Zelle zu erleichtern. Die Konzentration auf den präzisen Klebstoffauftrag ist der Punkt, an dem Hersteller die Sicherheitsziele (Vermeidung von Batteriekurzschlüssen) effizient erfüllen können, während sie gleichzeitig die Bauqualität der Batterie verbessern und Ausschuss einsparen.

 

Für diese Aufgabe bietet das PICO Pµlse XP Jetsystem viele Vorteile für die Batterieherstellung, da es den Herstellern ermöglicht, Flüssigkeiten wiederholgenau und präzise zu dosieren. Die Lösung bietet eine Hubeinstellung im Mikrometerbereich (ein menschliches Haar hat eine Breite von ca. 70 Mikrometern) und kann Flüssigkeiten über lange Zeiträume hinweg unabhängig von Umgebungsfaktoren wiederholt dosieren. Darüber hinaus kann das System Mikrogrößen von nur 0,5 nl mit einer Geschwindigkeit von bis zu 1000 Hz (Ablagerungen pro Sekunde) kontinuierlich auftragen.

 



Das PICO Pµlse XP-Jetsystem Nordson EFD bietet viele Vorteile für Hersteller von EV-Batterien, einschließlich verbesserter Wiederholgenauigkeit und Präzision bei der Flüssigkeitsdosierung.

 

 

2. Bei der Herstellung von Zellen ist auf eine präzise Elektrolytbefüllung zu achten, um die Gesamtleistung und Stabilität der Zelle zu gewährleisten.
   
   

Die präzise Befüllung mit Elektrolyt ist für Batteriehersteller wichtig, da die Verwendung von genau der Menge an Elektrolyt, die zur Befeuchtung der Komponenten erforderlich ist, zur optimalen Leistung der Zellen beiträgt. Elektrolyte sind bekanntermaßen aggressive Flüssigkeiten, so dass ein sorgfältiger Umgang mit dem Material für zufriedenstellende Ergebnisse unerlässlich ist. Einige Hersteller achten besonders auf die Auswahl der Ventile für diesen Prozess, da sie der aggressiven Natur des Elektrolyten standhalten müssen, ohne dass ein häufiger Ventilwechsel erforderlich ist.

 



Der Einsatz effizienter Fertigungsverfahren ist wichtig, um die Produktionsziele zu erreichen und die Produktionserträge zu erhöhen, insbesondere bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Zellen für Batterien für Elektrofahrzeuge.

 

 

Für diese Anwendung empfiehlt Nordson den Herstellern die Verwendung eines Mini-Membranventils der Serie 702. Dieses Ventil eignet sich besonders gut zum Befüllen von Elektrolytkammern, da es eine tropffreie Dosierung ermöglicht. Die Mini-Membranventile zeichnen sich durch ein besonderes Design aus, das eingeschlossene Luftblasen eliminiert und ein schnelles, sauberes Abschalten ermöglicht. Die Mini-Membranventile der Serie 702 bieten eine manipulationssichere Hubeinstellung, gleichbleibende Leistung von Schuss zu Schuss und einen schnelleren Durchsatz. Darüber hinaus ermöglichen die Ventile der Serie 702 die Montage von mehreren Ventilen pro Vorrichtungsplatte und die Abgabe von Flüssigkeiten auf engem Raum, was einen höheren Durchsatz und eine höhere Produktivität ermöglicht.

 



Das Mini-Membranventil der Serie 702 ist ideal für die Befüllung mit Elektrolyt, da das Ventil den aggressiven Eigenschaften des Elektrolyts standhält, ohne dass ein häufiger Ventilwechsel erforderlich ist.

 

 

3. Verwenden Sie bei der Montage von Modulen und Paketen ein kontrolliertes und automatisiertes Verfahren zur Dosierung von Wärmeleitmaterial (TIM), um ein thermisches Durchgehen (Thermal Runaway) zu verhindern, was für die Sicherheit des gesamten Batteriepakets entscheidend ist.
   
   

Thermal Runaway ist eine Kettenreaktion innerhalb einer Batteriezelle, die einen schnellen Temperaturanstieg in der Batterie zur Folge hat. Er tritt auf, wenn die Temperatur im Inneren einer Batterie einen Punkt erreicht, der eine chemische Reaktion im Inneren der Batterie auslöst. Diese chemische Reaktion erzeugt mehr Wärme, wodurch die Temperatur weiter ansteigt und weitere chemische Reaktionen ausgelöst werden, die wiederum mehr Wärme erzeugen.

 



Thermal Runaway ist eine erhebliche Gefahr für die Sicherheit eines Batteriesatzes und für das Elektrofahrzeug im Betrieb. Eine Methode zur Verhinderung des Thermal Runaways ist die Verwendung von thermischen Grenzflächenmaterialien (TIM), da das Material die Wärme aus den überhitzten Batterien absorbiert.

 

 

Zu den Ursachen für Thermal Runaway gehören:

• Ein interner Kurzschluss, der durch physische Beschädigung der Batterie oder schlechte Wartung der Batterie verursacht wurde.
• Das Überladen einer Batterie über ihre sichere Höchstspannung hinaus (z. B. um die Reichweite eines Elektroautos zu verlängern), was die Batterie dauerhaft beschädigen und zu thermischem Durchgehen führen kann.
• Schnellladung, weil Schnellladung zu übermäßigen Strömen führen kann.
• Schließlich verschlechtert sich die Leistung einer Batterie, wenn die Temperaturen außerhalb des sicheren Bereichs liegen, sei es auf der niedrigen oder der hohen Seite. Dies führt zu irreversiblen Schäden an der Batterie und einer möglichen Auslösung der Reaktion.

 

Thermal Runaway ist eine erhebliche Gefahr für die Sicherheit eines Batteriesatzes und für das Elektrofahrzeug im Betrieb. Eine Methode zur Verhinderung von Thermal Runaways ist die Verwendung von Thermal Interface Materials (TIM), da das Material die Wärme der überhitzten Batterien absorbiert. Um dies zu erreichen, müssen die Konstrukteure die richtige Menge der ausgewählten TIM-Chemie berechnen und genau an den richtigen Stellen des Batteriemoduls und des Batteriepacks auftragen. Dies ist ein Vorgang, bei dem der Einsatz einer führenden Flüssigkeitsdosierungstechnologie ein thermisches Durchgehen verhindern kann.

 



Durch den Einsatz einer 797PCP-2K Exzenterschneckenpumpe zur Automatisierung der TIM-Dosierung profitieren Hersteller von einem präzisen, wiederholgenauen Prozess.

 

 

Die Technologie von Nordson EFD hilft bei der Automatisierung der TIM-Dosierung unter Verwendung der Flüssigkeitsdosierfähigkeiten der 797PCP-2K Exzenterschneckenpumpen. Die Qualitätssicherung, die diese Fertigungstechnologie bietet, besteht in der präzisen und wiederholgenauen Abgabe der richtigen Flüssigkeitsmenge - was bei der Dosierung von Wärmeleitmaterialien (TIM) besonders wichtig ist.

 

4. Reduzieren Sie bei der Modul- und Packmontage die Zykluszeit und erhöhen Sie die Wiederholgenauigkeit des Klebevorgangs der Batteriezellen auf dem Batterieträger, um die Produktionserträge zu erhöhen und wertvolle Produktionszeit zu sparen.
   
   

Effiziente Fertigungsverfahren sind wichtig, um die Produktionsziele zu erreichen und den Produktionsertrag zu steigern. Die Art und Weise, wie Sie die Batteriezellen mit dem Batterieträger verbinden, kann zu messbaren Effizienzsteigerungen in der Produktion führen. Bei der Verklebung von Zellen und Trays können Hersteller die Geschwindigkeit und Genauigkeit nutzen, die das berührungslose Dosieren bietet, z. B. durch weniger Abfall, weniger Ausschuss und einen höheren Durchsatz.

 



Bei der Verklebung von Küvetten/Tabletts können Hersteller die Geschwindigkeit und Genauigkeit nutzen, die das berührungslose Dosieren bietet - einschließlich weniger Abfall, weniger Ausschuss und verbessertem Durchsatz.

 

 

Eine berührungslose Dosierlösung mit dem PICO Pµlse Jetventil von Nordson EFD kann den Unterschied zwischen einer wiederholbaren Verklebung von Batteriezellen mit Batterieträgern und dem Kampf mit frustrierenden Produktionsfehlern ausmachen. Mit der austauschbaren, modularen Jetventil-Technologie des PICO Pµlse können Hersteller präzise, wiederholgenaue Mikrodosierungen mit 1000 Hz kontinuierlich und mit Stößen bis zu 1500 Hz auftragen.

 

Die wiederholgenaue Dosierung von Klebstoffen mit dem PICO Pµlse bietet Herstellern von Elektroautobatterien einen Mehrwert, da sie genau die richtige Menge an Flüssigkeit für die Verklebung mit dem Tray verwenden können, ohne dass es zu einem Überlauf kommt. Darüber hinaus können Unternehmen ihre Materialkosten senken, da bei der präzisen Flüssigkeitsdosierung genau die richtige Menge an Klebstoff für die jeweilige Aufgabe verwendet wird.

 

Unternehmen können damit nicht nur die Verklebung der Batteriezellen mit dem Batterieträger optimieren, sondern auch die Zykluszeiten verkürzen. Schwer zugängliche Dosierbereiche, wie die komplexen Wabenstrukturen in vielen Batteriemodulen, können eine Herausforderung für das Kleben und Dosieren darstellen. Jetventile in Verbindung mit dem richtigen automatischen Dosiersystem bieten jedoch die Flexibilität, Flüssigkeiten und Klebstoffe auf nahezu jede Batteriefachgeometrie aufzutragen.

 

5. In allen Bereichen der Fertigung ist es wichtig, zukunftssicher zu sein, indem die Produktionsmethoden flexibel bleiben und an neue Batteriechemien und -technologien angepasst werden.
   
   

Derzeit sind Li-Ionen-Batterien die vorherrschende Energietechnologie für Elektrofahrzeuge. Aufgrund der Dynamik der Marktkräfte und der disruptiven Technologien haben einige Batteriehersteller jedoch ein Auge auf neue Batteriesysteme. Dazu gehören Festkörperbatterien und Brennstoffzellen.

 



Die Nordson Corporation bietet Lösungen für jede Phase der Herstellung von EV-Batterien: Die Fluiddosiertechnologien von EFD machen die Hersteller zukunftssicher, wenn neue Batteriechemien entwickelt werden, denn unsere Technologien werden für die Herstellung jeder Art von Zellgeometrie eingesetzt.

 

 

Hersteller, die Nordson EFD-Fluiddosiertechnologien verwenden, sind in einer starken Position, wenn sich die vorherrschenden Batterietechnologien zu einer dieser Konfigurationen weiterentwickeln, da die Dosierlösungen von EFD für die Herstellung verschiedener Arten von Zellgeometrien verwendet werden. Darüber hinaus sind Nordson EFD und die Nordson-Corporation aktiv an der Erforschung der nächsten Generation von Batterieinnovationen beteiligt, wie z. B. verschiedene Zellchemien und -technologien.

Während sich die Batterietechnologie weiterentwickelt, kann Ihre Investition in die Flüssigkeitsdosiertechnologie mit den Veränderungen in Ihrem Fertigungsprozess Schritt halten, da sie die Flexibilität hat, verschiedene Zellchemien, Geometrien und Technologien zu bauen.

Schlussfolgerung

Da EV-Batterien global als Energiequelle der Zukunft betrachtet werden, sind intelligente Hersteller gut damit beraten, die Systeme zu analysieren, die sie für die Herstellung von Batterien für den Transportbedarf von morgen verwenden. Erfahrene Hersteller wissen, dass die Konzentration auf diese fünf Aufgaben in einer sich schnell verändernden Fertigungslandschaft eine hohe Investitionsrendite bietet:

1. Bei der Herstellung von Zellen müssen die wichtigsten Komponenten präzise ausgerichtet werden, um die Gesamtleistung und Lebensdauer der Batterie zu verbessern.
   
   
2. Bei der Herstellung von Zellen ist auf eine präzise Elektrolytbefüllung zu achten, um die Gesamtleistung und Stabilität der Zelle zu gewährleisten.
   
   
3. Verwenden Sie bei der Modul- und Packungsmontage ein kontrolliertes und automatisiertes Verfahren zum Auftragen von Wärmeleitmaterial (TIM), um ein thermisches Durchgehen zu verhindern, was für die Sicherheit der gesamten Batteriepackung entscheidend ist.
   
   
4. Reduzieren Sie bei der Modul- und Packmontage die Zykluszeit und erhöhen Sie die Wiederholgenauigkeit des Klebevorgangs der Batteriezellen auf dem Batterieträger, um die Produktionsausbeute zu erhöhen und wertvolle Produktionszeit zu sparen.
   
   
5. In allen Bereichen der Fertigung ist es wichtig, zukunftssicher zu sein, indem die Produktionsmethoden flexibel bleiben und an neue Batteriechemien und -technologien angepasst werden.
   
   

Wenn Sie sich auf diese Bereiche Ihres Produktionsprozesses konzentrieren, wird Ihr Unternehmen Hochleistungsbatterien mit einem langen Lebenszyklus herstellen und gleichzeitig den Produktionsertrag maximieren. Darüber hinaus verfügt Ihr Unternehmen über die Flexibilität und die technische Kompetenz, um den Wandel zu meistern, wenn sich die Revolution der Elektromobilität entfaltet.

Wie immer kann Ihnen ein erfahrener Spezialist für Flüssigkeitsdosieranwendungen helfen, die bestmögliche Dosierlösung für Ihre EV-Batterieanwendung zu finden. Zögern Sie nicht, uns eine E-Mail an [email protected] zu senden, um weitere Informationen zu erhalten.

Ressourcen

Anwendungen für die Elektrofahrzeugindustrie (EV)

Nordson Batteriezellen-Fertigungskapazitäten

Battery Show Europe 23-25 Mai 2023 Stuttgart, Deutschland

ⁱPaoli, Leonardo. Electric Vehicles – Analysis - IEA. International Energy Agency (IEA). IEA Electric Vehicles, Technology Deep Dive. Tracking Report – September 2022.

Muge Deniz Meiller

Muge Deniz Meiller ist Global Market Development Manager bei Nordson EFD. Sie konzentriert sich darauf, relevante Möglichkeiten für EFD im Biowissenschaften zu festigen und auszubauen, insbesondere auf dem Markt für medizinische Diagnostik. Muge verfügt über mehr als 13 Jahre Erfahrung im Produkt- und Marktmanagement. Sie kam 2018 zu Nordson EFD.