Herstellungsprozess von Lithium-Ionen-Batterien zur Energiespeicherung im Haushalt

Die Herstellung von Heimspeicherbatterien erfolgt in einem sorgfältig kontrollierten, mehrstufigen Prozess, der die Elektrodenvorbereitung, die Zellmontage und die Endverarbeitung umfasst. Die Technologie ähnelt der von Elektrofahrzeugbatterien, ist jedoch für stationäre Speicheranwendungen optimiert.

1. Elektrodenherstellung:

• Schlammvorbereitung: Aktive Materialien (Lithiumeisenphosphat für die Kathode, Graphit für die Anode) werden mit Polymerbindemitteln, leitfähigen Additiven und Lösungsmitteln zu homogenen Schlämmen vermischt.
• Beschichtungsprozess: Mithilfe von Präzisionsbeschichtungsmaschinen wird der Anodenschlamm auf Kupferfolie und der Kathodenschlamm auf Stromkollektoren aus Aluminiumfolie aufgetragen.
• Trocknungsphase: Beschichtete Elektroden durchlaufen Mehrzonenöfen, in denen Lösungsmittel unter kontrollierten Temperaturprofilen verdampft werden.
• Kalandrieren: Schwere Walzen komprimieren die getrockneten Elektroden auf präzise Dicken (normalerweise 100–200 μm), um eine optimale Energiedichte zu gewährleisten.
• Schneidvorgang: Große Elektrodenplatten werden mit Laser- oder mechanischen Schneidemaschinen auf die gewünschte Breite zugeschnitten.

  

2. Zellmontage:

• Platzierung des Trennzeichens: Ein mikroporöser Polymerseparator (20–25 μm dick) wird zwischen den Elektroden positioniert, um Kurzschlüsse zu verhindern und gleichzeitig den Ionentransport zu ermöglichen.
• Stapelkonfiguration: Bei prismatischen Heimspeicherzellen werden Elektroden und Separatoren nicht gewickelt, sondern in abwechselnden Lagen gestapelt.
• Registerkarte Verbindung: Für eine effiziente Stromübertragung werden Aluminiumlaschen per Ultraschall an Stromkollektoren geschweißt.
• Gehäusemontage: Die Zellen sind in robusten Aluminiumgehäusen mit integrierten Druckentlastungsmechanismen untergebracht.
• Elektrolytfüllung: Um eine vollständige Sättigung sicherzustellen, wird ein Lithiumsalzelektrolyt (1 M LiPF6 in EC/DMC) im Vakuum injiziert.
• Endversiegelung: Durch Laserschweißen werden nach der Einführung eines feuchtigkeitsempfindlichen Elektrolyten hermetische Dichtungen erzeugt.

3. Gründung und Prüfung:

• Erstausbildung: Zellen durchlaufen kontrollierte Lade-/Entladezyklen (typischerweise 0,02 C–0,2 C), um stabile SEI-Schichten zu bilden.
• Alterungsprozess: Eine temperaturkontrollierte Lagerung von 7–14 Tagen weist auf mögliche Leistungsabweichungen hin.
• Qualitätsprüfung: Jede Zelle wird auf Kapazität (typischerweise 5–20 kWh), Innenwiderstand (< 1 mΩ) und Zykluslebensdauer (≥ 6.000 Zyklen bei 80 % DoD) getestet.

4. Systemintegration:

• Modulmontage: 12–24 Zellen sind in Reihe/parallel in Stahlgehäusen mit integrierten Kühlplatten verbunden.
• BMS-Installation: Batteriemanagementsysteme überwachen Spannung, Temperatur und Ladezustand jeder Zellgruppe.
• Paketfinalisierung: Mehrere Module (normalerweise 4–8) lassen sich zu kompletten 10–100-kWh-Speicherlösungen mit Sicherheitstrennschaltern und Kommunikationsschnittstellen kombinieren.

Wichtige Anpassungen für die Lagerung zu Hause:

• Verbesserte Zykluslebensdauer hat Vorrang vor Energiedichte
• Passive Kühlsysteme statt Flüssigkeitskühlung
• Gestapelte prismatische Zelldesigns für Platzeffizienz
• Einhaltung des Sicherheitsdatenblatts und des Sicherheitsstandard UN38.3

Der gesamte Prozess vom Rohmaterial bis zum geprüften Heimspeicher dauert in modernen automatisierten Anlagen normalerweise 15–25 Tage.

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