Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB
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UV Coating und UV Wrapping – Technologiestudie über Beschichtungs- und Wickeltechnologien für Batteriezellen

Situation und Motivation

Ein wichtiger Schritt bei der Herstellung von Batteriepacks ist das Aufbringen einer Isolierschicht für prismatische Zellformate. Dabei existieren zwei Schlüsseltechnologien, welche beide in der Großproduktion Anwendung finden: Das Coating und das Wrapping des Batteriezellgehäuses. Vor allem jedoch in den Randbereichen oder bei leicht konvexen oder konkaven Zellgehäusen besitzt die Coating Technologie Ungenauigkeiten, welche mit der in dieser Studie untersuchten UV Wrapping mit Epoxy Technologie behoben werden könnten.

Projektbeschreibung

Die durchgeführte Technologiestudie befasste sich mit UV Coating und UV Wrapping mit Epoxy-Technologie, deren Ziel es ist, eine Isolationsschicht auf ein Batteriezellengehäuse aufzubringen, bevor dieses in einen Batteriepack integriert wird.

Dafür wurden im ersten Schritt verschiedene Anforderungen an die Zelle und anschließend auch an die Beschichtung selbst definiert, um so passende Bewertungskriterien zu definieren. Anschließend wurden beide Technologien mittels eines paarweisen Vergleichs miteinander verglichen, wobei die Coating Technologie leicht geringere Kosten aufzeigte. Das UV Wrapping mit Epoxy konnte jedoch vor allem in der Prozesszeit durch eingesparte Prozessschritte im Vergleich zur UV Coating Technologie und in der Qualität punkten. Um eine genauerer Bewertung vorzunehmen, wurden die Prozessschritte beider Technologien aufgeschlüsselt und anschließend anhand der Parameter Zeit, Kosten, Qualität, Nachhaltigkeit und Prozesskontrolle bewertet. Dabei kam heraus, dass eine Vorbehandlung der Zelle mittels Laser zur Oberflächenerhöhung nur bei der UV Coating Technologie nötig ist, was einen großen Vorteil bei der UV Wrapping mit Epoxy Technologie darstellt. Der anschließend Reinigungsschritt muss technologieunabhängig durchgeführt werden. Beim anschließenden Beschichtungsprozess konnte aus Zeit- und Qualitätsgründen die UV Wrapping mit Epoxy-Technologie überzeugen. Dies gilt ebenso beim Trocknungsschritt, da, anders als beim UV Wrapping mit Epoxy, mehrere Lackschichten aufgetragen werden müssen. Dies erhöht sowohl die Kosten als auch die absolute Beschichtungszeit. Auch kann der anschließende End-of-line Test leichter, durch die gleichmäßige Beschichtungsdicke der Folie an den Randbereichen, durchgeführt werden. Darüber hinaus ist eine einfachere Nachbearbeitung der Folie entgegen des Lacks möglich. So konnte die UV Wrapping mit Epoxy-Technologie in den einzelnen Prozessschritten überzeugen. Im Nachfolgeschritt soll nun eine noch genauere Betrachtung, insbesondere der Produkte selbst, durchgeführt werden.

Ergebnisse

  • Durch den Einsatz von UV härtenden Materialien kann die Aushärtetemperatur auf 20 °C herabgesetzt werden, was die Zelle vor vermeidbaren Alterungsprozessen schützt.
  • Die Aushärtung erfolgt binnen weniger Sekunden.
  • Das UV Coating Verfahren zeichnet sich durch erhöhte Robustheit durch weniger bewegte Maschinenteile aus.
  • Durch den Einsatz von UV Epoxy Tape kann eine höhere Flexibilität im Prozess und eine höhere Genauigkeit erreicht werden.
  • Anhand der Prozessschrittanalyse konnten einige Vorteile der UV Wrapping mit Epoxy-Technologie gegenüber des UV Coatings festgestellt werden.
Die Ergebnisse können jetzt im gemeinsamen Whitepaper nachgelesen werden:
Projektpartner

tesa SE

tesa entwickelt als multinationales Unternehmen seit 125 Jahren innovative Klebebänder und selbstklebende Produktlösungen für Industrie, Gewerbekunden und Endverbraucher. Es sind bereits mehr als 7.000 Klebelösungen, die die Arbeit, Produkte oder das Leben der Kunden verbessern helfen. Nachhaltigkeit und energieschonende Verfahren stehen dabei heute im Fokus. tesa investiert in die Entwicklung umweltfreundlicher Produkte und lösungsmittelfreie Produktionsverfahren ebenso wie in die Nutzung erneuerbarer Energieträger an seinen Standorten.

tesa ist in über 100 Ländern aktiv und betreibt Werke in Deutschland, Italien, China, den USA und künftig auch Vietnam. Rund drei Viertel des Umsatzes der tesa Gruppe (2022: 1,7 Mrd. Euro) entfallen auf Anwendungen für die Industrie. tesa entwickelt gemeinsam mit seinen internationalen Kunden maßgeschneiderten Innovationen auf Produkt- und Prozessebene. So können bereits mehr als 130 tesa Tapes in einem E-Auto und über 70 in einem Smartphone verbaut sein. Auch in der Druck- und Bauindustrie dringt tesa mit seinem Spezial-Klebebändern in immer neue Segmente und Länder vor. Knapp ein Viertel des Umsatzes erwirtschaftet das Unternehmen mit Produkten für Endverbraucher und professionelle Handwerker. 300 Anwendungen, wie z.B, der legendäre tesafilm, erleichtern das Leben oder machen es, wie bei Thema Insektenschutz, sogar etwas angenehmer. tesa gehört zu den weltweit führenden Herstellern von Klebelösungen. Seit 2001 ist die tesa SE mit heute rund 5.000 Mitarbeitende als 100-prozentige und unabhängige Tochter der Beiersdorf AG (u. a. NIVEA, Eucerin, la prairie) tätig.

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