Gehäusetechnik für Lithium-Ionen Pouchzellen: Tiefziehen von Aluminiumverbundfolie

 

Für den Einsatz in Elektrofahrzeugen eignen sich aufgrund ihrer technischen Eigenschaften insbesondere Lithium-Ionen Batterien. Die kleinste Einheit der Batterie, die Zelle, wird nach Stand der Technik in drei unterschiedlichen Bauformen hergestellt. Diese sind die zylindrische Zelle, die prismatische Zelle und die Pouchzelle. Die Besonderheit an der Pouchzelle ist ihr Gehäusewerkstoff. Dieser besteht nicht aus einem festen Metall, sondern aus einer dünnen Aluminiumverbundfolie.
Das Gehäuse der Pouchzelle (oder auch Verpackung genannt) setzt sich nach Stand der Technik aus zwei tiefgezogenen Halbschalen zusammen. Die Umformung der als Rollenmaterial vorliegenden Aluminiumverbundfolie erfolgt über einen Tiefziehprozess. Die so entstehenden rechteckigen Halbschalen weisen in der Regel eine Höhe von ca. 6 mm auf. Somit können insgesamt Elektrodenstapel mit 12 mm Höhe verpackt werden.
Der Trend geht jedoch zu höheren Zellstapeln und stellt damit die Anforderung tiefere Halbschalen herstellen zu können. Für Standard-Aluminiumverbundfolien stellt dies eine große Herausforderung dar. Es kann beim Umformen zu ungewolltem Ausdünnen oder Reißen der Verpackungshalbschalen kommen. Da die Verpackung ein sicherheitsrelevantes Bauteil ist, können solche Fehlerbilder nicht akzeptiert werden. Ist die Verpackung undicht, kann Feuchtigkeit in die Pouchzelle eindringen und mit dem Elektrolyt reagieren.
Um dem entgegen zu wirken, muss ein tiefgehendes Prozessverständnis für das Tiefziehen der Verpackungshalbschalen aufgebaut werden. Aus diesem Grund sind am wbk Institut für Produktionstechnik an einer hydraulischen Tiefziehpresse umfangreiche Parameterstudien zur Erforschung des Umformverhaltens von Aluminiumverbundfolien durchgeführt worden. Anhand geeigneter Qualitätskriterien und Messvorrichtungen konnte der Prozess umfangreich bewertet werden.

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Ramona Singer

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