Die Qualität einer Batteriezelle beruht auf den einzelnen Prozessschritten ihrer Fertigung – so auch auf der passgenauen Befüllung mit Elektrolyt. Karsten Weinrich, Produktionsleiter der EAS Batteries GmbH, hat vier Fragen zur Vakuumtechnologie der EAS-Elektrolytbefüllung beantwortet:
Wie wirkt sich der Prozess der Elektrolytbefüllung auf die Qualität der Batteriezelle aus?
„Die Dosierung des Elektrolyts beeinflusst unmittelbar die Leistung der Zelle. Gelangt zu wenig Elektrolyt in die Zelle, entstehen trockene Stellen. Sie reduzieren die Kapazität, da hier kein Lithiumionen-Austausch stattfindet. Zu viel Elektrolyt führt jedoch zu einer höheren Brandlast, zu unnötigem Ausschuss und erhöht sowohl die Kosten als auch das Gewicht. Die optimale Dosierung sieht die Menge an Elektrolyt vor, die vom Aktivmaterial und dem Separator der Zelle aufgenommen werden kann, sowie ein durch ein CAD-Modell bestimmtes Reservoir an freien Elektrolyten für den Verbrauch innerhalb der Zelle. Wir haben in unserer Fertigung den Vorteil, dass wir jede Zelle einzeln und grammgenau mit der Dosierkolbenpumpe befüllen.“
Inwieweit ist eine solche Einzelbefüllung skalierbar?
„Der Hersteller unserer Befüllstation hat die Weiterentwicklung der Anlage erfolgreich vorangetrieben. Sie sei mittlerweile skalierbar und kann automatisiert werden. Für uns ist der Austausch hierzu wichtig, da wir Investitionen in den Ausbau unserer Fertigungskapazitäten erwarten. Da wir großformatige Rundzellen fertigen, ist es umso wichtiger, dass sie aufgrund ihrer Anwendungsfelder der maritimen Industrie, NRMM (Non-Road Mobile Machinery) oder Luft- und Raumfahrt maximal leistungsfähig sind und eine lange Lebensdauer aufweisen. Für die Preisgestaltung ist es zudem wesentlich, dass wir bei diesem hohen Materialaufwand keinen unnötigen Ausschuss produzieren.“
Wie funktioniert die die Elektroytbefüllung mit Vakuumpumpe?
„Die Vakuumpumpe zieht die Luft aus der Zelle, bis der Druck in der Zelle wenige Millibar beträgt. Daraufhin drückt die Dosierkolbenpumpe den Elektrolyt mit einem Druck von mehreren Bar in die Zelle hinein. Der Überdruck erhöht die Geschwindigkeit. Die Elektroden saugen den Elektrolyt wie ein Schwamm auf. Sobald sich der Druck der Zelle auf knapp unter den Luftdruck abgebaut hat, fährt die Befüllnadel wieder hoch. Unsere Anlage zur Elektrolytbefüllung wurde nach unseren Wünschen maßgeschneidert. Wir haben das Befülltempo zum Beispiel auch dadurch erhöht, dass wir den Elektrolyt temperieren. Aufgrund der verbesserten Fließfähigkeit lässt er sich aufgewärmt schneller einfüllen.“
Welchen ökologischen Mehrwert hat diese Vakuumtechnologie?
„Die Befülltechnologie, die EAS verwendet, ist absolut sauber und energieeffizient. Durch den leichten Unterdruck am Ende der Befüllung bleibt der Elektrolyt vollständig in der Zelle. Nichts von den ätzenden Substanzen gelangt – im Gegensatz zu anderen üblichen Befüllverfahren, wie zum Beispiel im Druckkammerverfahren – nach außen. Somit brauchen wir keine Waschstraße, keine Trocknung und keine Aufbereitung des Spülwassers. Das spart sowohl Fläche als auch Energie. Das ist ebenfalls ein wichtiger Aspekt hinsichtlich einer möglichen Skalierung.“