Fallstudie: Herstellung von Li-Ionen-Batterien

Ein Hersteller von Li-Ionen-Batterien benötigte eine Lösung zum Einfügen der Zellen, um die Anforderungen der Industrie zu erfüllen und thermisches Durchgehen und Wärmeausbreitung bei seinem Batteriemodul mit zylindrischen Zellen zu verhindern. Der Hersteller hatte Schwierigkeiten, die geeigneten Einspritzpunkte, Dosierparameter und die Auswirkungen der komplexen Materialdynamik zu bestimmen. Abgesehen von den konstruktiven Herausforderungen stand der Hersteller vor einem kritischen Markteinführungstermin und benötigte einen produktionsreifen Prozess, um seine Produktionslinie planen zu können.

Jedes zylindrische Zellmodul hat einzigartige Merkmale und Anforderungen, die sich auf die Durchflussraten und die Dosierpunkte auswirken können, damit die richtige Menge an Material gleichmäßig in das Modul dosiert werden kann. Bei diesem Design ergaben sich die folgenden Prozessherausforderungen: 

• Das Batteriedesign konnte in diesem späten Stadium nicht mehr geändert werden.
• Die Dosierung musste von der Oberseite des Batteriemoduls erfolgen, wobei eine gewisse Flexibilität zum Einspritzen von der Seite des Moduls möglich war.
• Die Batteriezellen waren dicht gepackt und hatten minimalen Abstand zueinander. Daraus ergibt sich eine zusätzliche Durchflussbegrenzung.
• Einfließen des Schaums von oben in das Batteriemodul mit sehr starken Einschränkungen.
• Die Prozesszeit war kritisch für den Kunden.

Unser Team von Anwendungstechnikern arbeitete direkt mit dem Konstruktionsteam des Batterieherstellers und dem Materiallieferanten zusammen, um eine Prozesslösung zu entwickeln, die die Anforderungen an Betriebseffizienz, Produktqualität und wiederholbaren Materialauftrag erfüllt. Mit Hilfe unseres Entwicklungslabors, eines Teams von Anwendungsexperten und unserer Partnerschaft mit dem Materiallieferanten führten wir Versuche durch, um die optimale Auftragsmethode zu ermitteln, durch die die Durchflussraten und Auftragstechniken sowie die Dosierpunkte für den endgültigen Produktionsprozess festgelegt wurden.

Materialprüfung:  Es wurde eine gründliche Verhältnis- und Wiederholbarkeitsstudie durchgeführt, um die optimalen Anforderungen an Schaum und Geräte festzulegen. 

Gerätespezifikation:  Aus früheren Versuchen bei ähnlichen Anwendungen und unserer Materialbewertung haben wir die ideale Gerätekombination auf Basis der Zielanwendung festgelegt.

Anwendungstests:  Anhand von Prototypmodellen und Modulen, die vom Batteriehersteller geliefert wurden, haben wir die vorgeschlagene Prozessspezifikation bewertet und freigegeben. 

DAS ERGEBNIS

• Erstklassige & Schaumeinfüllung: Das dynamische Voltex-Mischventil und das EFR-Mess-, Misch- und Dosiersystem sorgten für gründlich gemischten Schaum, eine gleichmäßige Verteilung im gesamten Modul und die für den Produktionsprozess erforderliche Spritzwiederholbarkeit.  
• Optimierte Dosierung:  Basierend auf den Labortests haben wir die richtigen Mischparameter, Durchflussraten und Dosierpunkte bestimmt, um eine genaue Materialmenge gleichmäßig in das Modul zu dosieren. 
• Reduzierte Verarbeitungszeit: Durch Modellierung und Dosierversuche haben wir das Bewegungsmuster optimiert, um die Verarbeitungszeit weiter zu reduzieren.

The new cylindrical cell module design moved into production with a battery cell encapsulation process ready to bring in these results:

• Quality foam and fill: The Voltex Dynamic Mix Valve and Electric Fixed Ratio (EFR) Metering System provide thoroughly mixed form, even distribution throughout the module, and shot repeatability.
• Optimized dispense: With the proper mixing parameters, flow rates, and dispense injection points, an accurate amount of material is evenly dispensed into each module.
• Rapid process time: The modeling and dispense trials helped optimized the motion pattern to reduce the required  processing time.