Starke Industrie-Partnerschaften
für mehr Nachhaltigkeit
CUSTOMCELLS® – Erfolgsgeschichten
Customcells und Herrmann Ultraschall nutzen innovative Schweißtechnologie für nachhaltige Batterieproduktion
Batterien sind der Garant für eine emissionslose und nachhaltige Mobilität. Sie sind Treiber der Energie- und Verkehrswende. Doch ihre Produktion geht noch immer oft mit hohen Ausschussraten und hohem Energieverbrauch einher. Herrmann Ultraschall und Customcells haben sich zum Ziel gesetzt, das zu ändern und nach Wegen gesucht, die Batterieproduktion von Grund auf zu optimieren. Die Lösung: Moderne Ultraschall-Schweißmaschinen, smarte Technologien und über Jahrzehnte gesammeltes Know-how sorgen für eine sichere, effiziente und nachhaltige Produktion.
„Mit Herrmann Ultraschall haben wir einen zuverlässigen Partner im Bereich der sicheren Schweißverbindungen an unserer Seite. Die Ultraschallgeräte von Herrmann tragen maßgeblich zur Verbesserung unserer Produktqualität bei. Bei Customcells legen wir großen Wert auf Nachhaltigkeit und Energieeffizienz und sind daher äußerst zufrieden mit der hervorragenden Zusammenarbeit und der gemeinsamen Umsetzung neuester Technologien. Wir können Herrmann Ultraschall uneingeschränkt weiterempfehlen.“
Christian Zender, Director Customcells Tübingen GmbH
Obwohl Batterien eine grüne Technologie sind, ist die Produktion von Pouchzellen oftmals noch zu wenig nachhaltig. Sensible Materialien der Zelle werden mit thermischen Fügeverfahren wie dem Heißsiegeln miteinander verbunden. Das geht nicht nur mit hohem Energieverbrauch, sondern auch der Gefahr einher, die empfindlichen Materialien zu beschädigen. Ausschussraten von bis zu 20 Prozent sind in der Branche daher oftmals die Norm. Dabei steht eine sichere und umweltfreundlichere Alternative bereit, die bereits in einer anderen Branche für hohes Einsparpotenzial sorgt und durch die Kooperation von Customcells mit Herrmann Ultraschall nun auch Einzug in die Pouch-Zellen-Produktion findet.
Konkret werden Pouch-Verpackungen nämlich schon seit Jahrzehnten mit Ultraschall versiegelt. Das Verfahren ermöglicht es den Unternehmen, bis zu 75 Prozent Energie zu sparen, da die externe Wärmezufuhr entfällt. Auch heizen sich die Ultraschall-Schweißgeräte nicht auf. Herrmann Ultraschall ist es gelungen, dieses Know-how auf das Schweißen von Pouch-Zellen zu übertragen und gemeinsam mit Customcells in die konkrete Anwendung zu bringen, wo sich das Verfahren bereits erfolgreich bewährt hat.
„Wir leisten mit der Entwicklung und Produktion anwendungsspezifischer Batteriezellen im Herzen Europas einen wichtigen Beitrag zur technologischen Souveränität des Kontinents. Dabei ist völlig klar, dass wir dauerhaft nur dann erfolgreich sein können, wenn wir Ausschussraten und damit die Kosten weiter senken können. Innovative Industrie-Partner wie die Herrmann Ultraschalltechnik helfen uns, genau dieses Ziel zu erreichen.“
Dirk Abendroth, CEO der Customcells-Gruppe
ERSTE EINSÄTZE BESTÄTIGEN VORTEILE DER TECHNOLOGIE
Konkret kommt die Schweiß-Technologie aus Karlsbad zum Einsatz, um die Vor- und Hauptschweißung an Pouch-Zellen durchzuführen. In der Vorschweißung geht es zunächst darum, die einzelnen Lagen der Kupferfolien für die Anode sowie die Lagen aus Aluminiumfolien für die Kathode jeweils miteinander zu verschweißen. In einem zweiten Schritt, der Hauptschweißung, werden an die Kathode und Anode die sogenannten Tabs geschweißt, mit denen die einzelnen Batteriezellen später miteinander verbunden werden. Die speziell für die Verschweißung von Batterieapplikationen mit mehrlagigen Folien entwickelten Systeme des Typs HiS VARIO B 20 kHz von Herrmann Ultraschall bieten einen stabilen Prozess für die Verbindung der einzelnen Schichten.
Um Ausschussraten in den jeweiligen Anwendungsfeldern von nahe 0 Prozent zu erreichen, kommt Prozessüberwachung ins Spiel. Bei jeder einzelnen Schweißung werden bis zu 150 Parameter erfasst und gespeichert. Auf diese Weise sind reproduzierbare Schweißergebnisse möglich und damit ein minimierter Ausschuss. Das gilt auch für das auf die Batteriezellenherstellung übertragene Verfahren, wodurch sich der Materialverbrauch erheblich senken lässt.
Für die Anwendung bei Customcells wurden die Sonotroden der Ultraschall-Schweißmaschinen präzise auf die jeweilige Größe der Tabs angepasst, die bei diesem Schweißprojekt bei Customcells kleiner ausfallen als sonst üblich. Die Anpassung auf die Größe der Tabs ermöglicht eine zuverlässige, stoffschlüssige Verbindung zwischen Tab und Anode beziehungsweise Kathode. Dabei ergaben Schweißversuche im Ultraschall-Labor, dass sich die von Customcells genutzten Zellen sicher und schonend mit einem bereits entwickelten Sonotrodesign verbinden lassen. Nach kurzer Zeit ließen sich auch die dazu passenden Schweißparameter definieren. Diese schnelle Evaluation entsprechender Schweißparameter ermöglichte es wiederum, die Produktion am Standort Tübingen nahezu ohne Stillstandszeit auf die Systeme von Herrmann Ultraschall umzustellen.
In einem weiteren Schritt wird nun gemeinsam ein Schweißprozess für das Versiegeln von Pouch-Zellen entwickelt. Bisher wurden die Schweißprozesse hauptsächlich für den Einsatz an Handarbeitsplätzen für kleinere Stückzahlen entwickelt. Mit der Entwicklung eines Prozesses für die Versiegelung von Batteriezellen in automatisierten Anlagen besteht weiteres Potenzial, um die Produktion mit geringeren Zykluszeiten erheblich effizienter zu gestalten.
„In CUSTOMCELLS haben wir einen zuverlässigen und innovativen Entwicklungspartner gefunden, der uns dabei hilft, unsere Erfahrungswerte und unser Know-how aus unseren Ultraschall-Laboren auch in der Praxis unter Beweis zu stellen. So können wir die Prozesse noch weiter optimieren und unser Ziel einer wirklich nachhaltigen, prozesssicheren Batterieproduktion erreichen.“
Markus Haas, Global Sales Director METALS bei Herrmann
Mit ihrer Zusammenarbeit haben Customcells und Herrmann Ultraschall die Vorteile der Fügetechnologie in der Praxis unter Beweis gestellt. Dabei hat sich gezeigt, wie wertvoll die langjährige Erfahrung in der Nutzung mit Ultraschall auch aus anderen Branchen für eine sichere und nachhaltige Herstellung von Batterien ist.
Über Herrmann Ultraschalltechnik
Als Spezialist im Ultraschallschweißen geht es Herrmann seit über 60 Jahren darum, seine Kunden zu begeistern. Dafür wurde mit dem Herrmann Engineering eine Kombination von Dienstleistungen entwickelt, mit dem mehr als 600 Mitarbeitende in über 20 Ländern gemeinsam mit ihren Kunden Projekte erfolgreich umsetzen. „Bonding – more than materials“ ist dabei das Leitmotiv, das für eine vertrauensvolle Zusammenarbeit auf Augenhöhe steht. So können jedes Jahr mehr als 2.000 verschiedene Anwendungen in Schlüsselindustrien wie Automotive, Medical, Hygiene und Packaging gelöst werden.
