Stapelanlage – Elektrodenstapeltool (PR624023)

In diesem Vergabeverfahren erfolgt die Beschaffung einer flexiblen und umfassenden Fertigungsstrecke für die Herstellung von prototypischen Pouchzellen.

Diese beinhaltet • die Bereithaltung von Materialien als Rollenware mit geführter Abwicklung, • das Stanzen / Schneiden von Elektroden- sowie Separatorfolien, • die maschinell unterstützte / geführte Stapelung der Einzelteile aus einzelnen Behältern • die Kontaktierung der Elektrodenstapel und Ableiterfahnen mittels Ultraschallschweißen sowie • Konfektionierung und Siegelung der umhüllenden Aluminiumverbundfolie.

Die aufgeführten Arbeitsschritte müssen unabhängig voneinander durchführbar sein.

Das Ausgangmaterial wird als Rollenware oder vorgeschnittene Sheets bereitgestellt. Für die Rollen sind Vorrichtungen zur Abwicklung sowie zum kurzzeitigen Zwischenlagern vorzusehen. Die abzuwickelnden Rollen müssen einstellbar gebremst werden können. Für das sichere Schneiden und scharfe Schnittkanten ist eine Unterlage (LD-PE/ PP) unter dem Stanzgut zu führen, welche ebenfalls als Rollenware bereitgestellt wird. Beide Materialien müssen übereinanderliegend unter einer Stanze geführt werden, welche dann manuell ausgelöst wird und Stanzteile dabei herstellt. Der Vorschub der Materialien erfolgt mittels drehzahl- bzw. positionsgeregelte Rollen, wobei der Vorschub (Bandlänge) durch den Nutzer vorgegeben und ausgelöst wird. Der Vorschub pausiert danach und kann erneut ausgelöst werden. Zur Stabilisierung der Folienspannung sind Tänzerrollen vorzusehen, so dass Auf- und Abwickeln nicht zwingend gleichmäßig durchgeführt werden muss. Die Stanze muss mit wechselbaren Bandstahlwerkzeugen arbeiten und über eine wechselbare Schneidunterlage aus gehärtetem Stahl verfügen. Es verbleibt nach dem Stanzvorgang ein Foliengitter, welches die Übertragung des Vorschubs der Folien übernimmt und als Abfallrest aufgewickelt wird. Neben dem Stanzbetrieb muss unabhängig das Durchtrennen der abgewickelten Folie mittels Schlagschere möglich sein. Der Vorschub und Folienspannung müssen in diesem Fall manuell realisiert werden.

Das Stanzteil muss mittels manuell geführtem Vakuumflächengreifer der Stanze entnommen und in einem Ablagebehälter abgelegt werden. Der Vakuumflächengreifer muss in einer linearen Achse sowie in der Höhe führbar sein (siehe Abbildung).

Es ist ein Bereich für drei entsprechend dimensionierte Behälter vorzusehen, in denen jeweils unterschiedliche Materialien für den Elektrodenstapelbau sortiert abgelegt werden. Die Behälter müssen verschließbar und auswechselbar sein. Da die Behälter die zu stapelnden Teile enthalten und diese nicht zwingend in der Ausrichtung nach dem Stanzen abgelegt werden wie sie gestapelt werden, müssen diese drehbar sein sowie eine Feineinstellung der Behälterposition bzw. Stanzteilposition ermöglichen. Die Stanzteile müssen also in der Linearachse des Vakuumflächengreifers richtungs- und positionsgetreu vorgehalten werden.

Zur Herstellung eines Elektrodenstapels ist in der gleichen Linearachse des Vakuumgreifers eine Stapelform vorzusehen. Die Stapelform muss entsprechend des Zellformates ausgewählt und durch den Nutzer eingesetzt werden. Mit Hilfe des Vakuumgreifers muss die Entnahme der einzelnen Stapelelemente aus den Behältern erfolgen und positionsgetreu innerhalb der Stapelform abgelegt werden. Die gestapelten Einzelelemente müssen mit mechanischen Zählern durch den Anwender manuell mitgezählt werden. Nach Abschluss des Stapelns muss der Stapel in der Stapelform geklemmt und mittels Klebebands dauerhaft fixiert werden. Dazu müssen zwei elektrische Klebebandabroller zur Verfügung stehen.

Die Verbindung des Elektrodenstapels mit zwei Ableitertabs muss über Ultraschallschweißen erfolgen. Dazu muss der Anwender die Stapelform mit Elektrodenstapel an der Schweißmaschine exakt befestigen und die jeweiligen Ableitertabs anlegen können. Der Schweißvorgang muss manuell ausgelöst werden. Die Schweißverbindung muss pro Elektrodenstapel wenigstens einmal für eine Al/Al-Materialkombination sowie einmal für eine Cu/Ni-Materialkombination erfolgen.

Als Umhausung der Elektrodenstapel kommt eine Aluminiumverbundfolie zum Einsatz, welche mit thermischen Siegelverfahren gefügt wird. Die Fertigungstrecke muss hierfür doppelt beheizte Siegelbalken bereithalten. Die Siegelbalken müssen in den Parametern Siegeldauer, Temperatur und Siegeldruck einstellbar sein.

Bei den eingesetzten Materialien handelt es sich vorrangig um: • Anode: Graphitschichten (20 – 150µm; 60µm) auf Cu-Folie (6 – 20µm; 10µm) • Kathode: NCM-Schichten (20 – 150µm; 60µm) auf Al-Folie (15 -30 µm; 20µm) • Separator: Mikroporöse Kunststofffolien (10 – 250µm; 25µm) • Aluminiumverbundfolie

Anlage 1 zur detaillierten Leistungsbeschreibung: 006_1 Skizze Anordnung Module der Stapelanlage

Die Maßnahme wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.