Entfernung von Verunreinigungen bei der Herstellung von Batterienzellen
Der Aufschwung des Marktes für Elektrofahrzeuge in den letzten Jahren hat die Hersteller dazu veranlasst, schnell Lithium-Ionen-Batterien zu entwickeln und herzustellen, um den Verkaufsboom anzukurbeln. Mit der Eröffnung von Batteriefabriken auf der ganzen Welt, um die Nachfrage zu befriedigen, wächst der Wettbewerb. Außerdem ist die Qualität von größter Bedeutung.
Angesichts der rasanten technologischen Entwicklung sind die Batteriehersteller bestrebt, eine Batterie zu entwickeln, die es mit benzin- oder dieselbetriebenen Fahrzeugen aufnehmen kann, um eine beeindruckende Reichweite und Leistung zu erzielen.
Um dies zu erreichen, muss jede Phase des Batterieherstellungsprozesses genauestens analysiert werden, um die besten Ergebnisse zu erzielen.
Die Produktionsumgebung der Lithiumbatterie:
Einer der kritischen Bereiche bei der Produktion von Elektroautobatterien sind die Bedingungen der Produktionsumgebung. Von den ersten Rohstoffen bis zur Zellmontage müssen die Herstellungsbedingungen streng kontrolliert werden. Dies stellt sowohl die Anlagenhersteller als auch die Betreiber vor Herausforderungen. Es gibt 3 Hauptbereiche, die kritisch zu betrachten sind:
Lithiummetall reagiert extrem empfindlich auf kleinste Mengen von Luftfeuchtigkeit und Temperaturschwankungen in der Produktion.
Die geringste Belastung führt zu einer verminderten Leistung und wirkt sich verkürzend auf die Produktlebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien aus.
Die Raumtemperatur sollte auf dem empfohlenen Niveau von etwa 25°C (77°F) gehalten werden, mit einer Toleranz von +/(-) 2°C (36°F) und einem niedrigen Taupunkt im Bereich von <1%.
Die Luftwechselrate im Produktionsraum sollte 20 bis 50 Mal pro Stunde betragen, wobei eine minimale Frischluftzufuhr für einen positiven Raumdruck und die notwendige Belüftung für das Bedienpersonal gewährleistet sein sollte.
Verunreinigungen jeglicher Art in den Batteriematerialien oder in der Zelle können zu direkten oder sanften elektrischen Kurzschlüssen führen, was zu Ausschuss am Ende der Produktionslinie oder einer geringen Batterieleistung führt.
Reinraumbedingungen nach ISO 8 (oder höher) sind wahrscheinlich, wobei das Hauptaugenmerk auf der Entfernung von Verunreinigungen in der Umgebung und beim Personal liegt.
Natürlich können Verunreinigungen nicht immer entfernt werden, so dass immer noch ein Verunreinigungsrisiko besteht, das sich auf die Produktionserträge auswirkt.
Probleme und freie Partikel können auch in den Prozessen des Aufwickelns/Abwickelns, der Beschichtung, des Kalandrierens, des Schneidens, des Stanzens, des Laserschneidens und mehr entstehen.
All diese Prozesse haben das Potenzial, ihren Weg in die Anoden-/Kathoden-/Separatorschichten zu finden.
Bei einigen Verunreinigungen handelt es sich um trockene, freie, ungebundene Partikel, bei anderen um feuchte oder gebundene Verunreinigungen, die schwieriger zu entfernen sind.
Ein weiterer Risikobereich sind toxische Verunreinigungen aus den Beschichtungsmaterialien, wenn diese über Walzen transportiert, geschnitten, gewickelt und gerollt werden – diese können sich in die Luft verflüchtigen und zu einer Gefahr für den Bediener werden.
Statische Aufladung in der Fertigungsumgebung kann zu einer Reihe von Problemen führen:
EV-Batteriekomponenten reagieren sehr empfindlich auf statische Aufladung – die Komponenten müssen während des Prozesses entladen werden.
Unkontrollierte statische Aufladungen beeinträchtigen auch den Materialfluss und führen zu Fehlverhalten oder Versagen des Materials.
Unkontrollierte statische Entladungen (Funken) führen zu dendritischen Verbrennungen an der Oberfläche, die die dielektrischen Eigenschaften des Separatorfilms beeinträchtigen, was zu uneinheitlichem Lade- und Entladeverhalten und Produktversagen führt.
Statische Aufladungen, die auf isolierenden Materialien wie dem Separatorfilm entstehen, ziehen auch Partikel an, was das Kontaminationsrisiko erhöht.
Wir erkennen diese entscheidenden Anforderungen und haben unsere Geräte in trockenen Räumen und trockenen Prüfkammern getestet. Unsere Produktdesigns wurden so angepasst, dass potenzielle Verschleißteile wie Riemen und Riemenscheiben wegfallen und durch Direktantriebsmotoren ersetzt werden. Auf der Grundlage unseres Fachwissens und unserer Kernkompetenzen bietet Meech eine maßgeschneiderte Reihe von Lösungen zur Beseitigung statischer Aufladungen und Verunreinigungen an, um in jeder Anwendungsphase eine fehlerfreie Vorgehensweise zu gewährleisten.
Unsere Herangehensweise
Wir haben eine Reihe von Phasen im Batterieherstellungsprozess identifiziert, die anfällig für Verunreinigungen in der Produktionslinie sind. Durch die Anwendung der richtigen Lösungen an diesen Punkten stellen Sie sicher, dass es keine Schwachstellen in Ihrer Produktionskette gibt. Im Folgenden gehen wir auf diese Punkte ein und stellen unsere Lösungen vor…
Vor der Beschichtung der Kupfer-/Aluminiumbahn empfehlen wir die Verwendung eines Bahnreinigers auf dem Substrat, um jegliche Oberflächenverschmutzung zu entfernen, die die Dicke und Qualität der beschichteten Bahn beeinträchtigen könnte. Durch die Entfernung der Verunreinigungen in diesem Stadium wird sichergestellt, dass keine unerwünschten Partikel in den Schichten eingeschlossen werden, die die spätere Leistung der Batterie beeinträchtigen könnten.
Um zu vermeiden, dass Verunreinigungen von der Walze selbst auf die Substratbeschichtung übertragen werden, empfehlen wir entweder unseren CyClean-R, der sich ideal für die Verwendung auf einer Walze eignet, oder unseren Kontakt-Bahnreiniger RoClean.
In dieser Phase werden die Bahn und die Beschichtungauf die richtige Dicke zusammengedrückt, wodurch die Beschichtung auf der Bahn selbst aktiviert wird. Die Reinigung der Bahn vor dieser kritischen Phase verhindert, dass Verunreinigungen zwischen den Schichten eingeschlossen werden.
Beim Schlitzen kann eine Menge Schmutz anfallen, der das beschichtete Bahnsubstrat verunreinigen kann. Der Einsatz eines Bahnreinigers in dieser Phase stellt sicher, dass die Partikel von der Oberfläche der Bahn entfernt und aus der Betriebsatmosphäre herausgefiltert werden, um eine erneute Verunreinigung zu vermeiden. Angesichts des hohen Verschmutzungsrisikos in dieser Phase ist die Reinigung unerlässlich, um das Risiko künftiger Stromausfälle und teurer Ausschussware zu vermeiden.
Ähnlich wie in der Phase nach dem Schlitzen können beim Schneiden der Elektroden Partikel und Ablagerungen die Bahn verunreinigen. Um dies zu vermeiden, reinigt die Bahnreinigung in dieser Phase die Oberfläche des Substrats, was zu sauberen und klaren Trennschichten führt.
Während des Wickelvorgangs empfehlen wir eine Reihe von Lösungen, um die besten Ergebnisse zu erzielen. Vor dem Wickeln wird eine Oberflächenreinigung des Substrats empfohlen, damit sich keine Verunreinigungen in der Batteriefolie festsetzen. Um statische Probleme zu vermeiden, die sowohl gefährlich als auch äußerst nachteilig für die Batterieleistung sein können, sollte auch eine wirksame statische Kontrolle eingeführt werden. Dadurch werden alle durch den Wickelvorgang verursachten statischen Ladungen neutralisiert.
* Alle Zeichnungen zeigen ein CyClean-R-Profil. Dies dient nur zu Illustrationszwecken. Welcher Bahnreiniger und welche Position für Ihren Prozess am besten geeignet sind, hängt von bestimmten Faktoren Ihrer Anwendung ab..
Bahnreinigungslösungen
Mit einer Reihe von speziell entwickelten Kontakt- und kontaktlosen Bahnreinigern kann Meech Lösungen für die Reinigung von Anoden-/Kathoden-/Separatorfolien für verschiedene Bahnbreiten, Spannungen, Orte und Materialien liefern.
Für anspruchsvollere „verklebte“ Verunreinigungen bieten wir eine neue Reihe von Bürstenreinigern an – mit Materialien, die speziell für Trockenraumanwendungen geeignet sind.
CyClean™ kontaktloser Bahnreiniger
Meech CyClean™ wurde als Antwort auf die Nachfrage nach einem kompakten, leistungsstarken, berührungslosen Bahnreiniger entwickelt.
Durch die Anwendung fortschrittlicher Luftstromtechnologie entfernt und extrahiert CyClean Verunreinigungen unter 1 Mikron.
CyClean-R™ Kontaktloser Bahnreiniger
Der CyClean-R bietet eine spezielle Lösung für die Reinigung von Bahnen mit geringer Spannung.
Der CyClean-R ist so konzipiert, dass er auf einer Walze positioniert wird, wo die Bahnspannung am höchsten ist. So umgeht er die Probleme der niedrigen Spannung und liefert dennoch eine hervorragende Oberflächenreinigung.
RoClean™ Kontakt-Bahnreiniger
RoClean ist der neueste Kontaktbahnreiniger, der hervorragende Oberflächenreinigungsergebnisse für die Industrie zur Herstellung von Batteriefolien liefert.
RoClean reinigt die Bahnoberfläche effektiv durch den Einsatz von statischer Kontrolle und einer effizienten Borstenwalze.
Air Handling Units
Meech Bahnreiniger werden mit Meech Air Handling Units (AHUs) geliefert, um die Genauigkeit von Luftdruck und Vakuum perfekt zu kontrollieren. Es handelt sich dabei um kompakte, industrietaugliche Einheiten, deren Leistung auch über eine SPS-Steuerung überwacht werden kann.
Für die Batterieherstellung wurde eine neue AHU-Option entwickelt, um den Einschluss von toxischen Verunreinigungen und die sichere Filterentfernung durch den Bediener zu verbessern.
Statische Kontrolle
Es werden DC-Elektroden eingesetzt, bei denen Frequenz, Spannung und Polarität je nach Material, Entfernung und Restladung eingestellt werden können. Dazu gehören auch EX-Versionen für entflammbare Umgebungen.
Um den Betrieb zu sichern und die Leistung zu protokollieren, werden diese häufig mit einer Industrie 4.0 SMART-Steuerung geliefert, mit der die Elektrodenleistung programmiert und in Echtzeit aufgezeichnet und überwacht werden kann.
Hyperion™ 924IPS Elektrode
Die Hyperion 924 IPS wird von 24V DC gespeist und ist die kompakteste DC-Elektrode, die auf dem Markt erhältlich ist.
Die 924 IPS verfügt über Meech’s Überwachungssystem, das konstante Leistung gewährleistet und lokale und ferngesteuerte Alarme sendet, wenn die Elektrode gereinigt werden muss.
Hyperion SmartControl Touch
Hyperion™ SmartControl ist die neueste Innovation von Meech. Mit SmartControl kann der Benutzer die Leistung angeschlossener Hyperion-Geräte über ein Mobiltelefon, ein Tablet oder einen Remote-Desktop fernüberwachen und anpassen.
Die Leistung der Ionisiergeräte wird von SmartControl überwacht und ist vom Benutzer jederzeit einsehbar. Neben der Überwachung ermöglicht SmartControl auch die Anpassung und Steuerung angeschlossener Ionisiergeräte, um die Effizienz zu optimieren.
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