Bij de bouw van elektrische auto's worden tegenwoordig vrijwel uitsluitend lithium-ionaccu's op elektrolytbasis toegepast. Alternatieve samenstellingen zoals solid state-accu's of andere chemische componenten hebben tot nog toe niet de benodigde industriële rijpheid bereikt.
De productie van lithium-ionaccu's is een zeer complex en gevoelig proces dat zeer hoge materiaal- en energiekosten met zich meebrengt. Daarom moet het productieproces zeer efficiënt plaatsvinden met grote aantallen en een zo laag mogelijk aantal afgekeurde onderdelen. Het hoogste doel van de accubranche is het bereiken van een hoge gravimetrische energiedichtheid (Wh/kg) en daarmee een groot kilometerbereik dat direct wordt weerspiegeld in de actieradius van elektrische auto's. Daarnaast gaat het om het ontwikkelen en produceren van accucellen die voldoen aan de hoge eisen van de automobielindustrie met betrekking tot veiligheid, prestaties en levensduur. De laser als gereedschap biedt hier op het punt van procesveiligheid, precisie en vermogen onovertroffen voordelen.
Bij de elektromobiliteit worden drie typen resp. formaten lithium-ionaccu's toegepast. Het werkingsprincipe van alle typen is in wezen hetzelfde. De belangrijkste verschillen liggen in de bouwwijze, de eisen en de gebruikte materialen.
Het verbinden van individuele cellen tot modules of packs vindt plaats door het zogenaamde busbarlassen. Hierbij is busbar de aanduiding voor een stroomgeleidende rail. Prismatische cellen en celmodules kunnen met gelijksoortige materialen (Al/Al of Cu/Cu) maar ook met gemengde samenstellingen (zoals Al/Cu) verbonden worden. Daarbij is het belangrijk dat de verbindingen mechanisch vast zijn, omdat ze in het voertuig worden blootgesteld aan trillingen en warmte. Tegelijkertijd moet worden gezorgd voor een robuuste elektrische verbinding met een zo laag mogelijke weerstand. Tijdens het lasproces mogen verder zo min mogelijk metaalspatten ontstaan. Eveneens spelen de reproduceerbaarheid, een minimale warmtetoevoer en gedefinieerde lasdiepten een belangrijke rol.
Bij het snijden van accufolie is sprake van twee toepassingsgebieden. Enerzijds "slitting"; het continu in de lengte snijden respectievelijk delen van de mothercoil (aan een of beide kanten gecoate elektrodenfolie). Deze wordt in meerdere subcoils (delen) gesneden. Daarbij bevindt de laser zich op een vaste positie; de folie loopt continu door de laserstraal van rol naar rol.
Het tweede toepassingsgebied is contoursnijden van de gecoate elektrodenfolie. Hierbij worden van de coil elektroden (anoden/kathoden) in de benodigde vorm en hoeveelheid gesneden. In combinatie met een scanneroptiek en beweegbare assen of meer lasers ter vergroting van het scanveld snijdt de laser de elektrodenfolie in de gewenste vorm. De snelheid ligt bij het contoursnijden boven 1 m/s. De dikte van de folie (folie en coating met actief materiaal aan weerszijden) ligt tussen de 100 en 250 µm. Bij beide toepassingen voldoen TRUMPF-lasers aan de hoge eisen van accufabrikanten op het gebied van snijsnelheid, warmtebeïnvloedingszone, braamvorming en de vorming van deeltjes of metaalspatten.
Na het coatingsproces moet het actieve materiaal op de elektrodenfolies worden gedroogd. Industriële VCSEL-verwarmingssystemen kunnen deze stap overnemen, doordat stralingsbronnen op basis van VCSEL-arrays grote oppervlakken snel en precies kunnen verwarmen met gerichte, golflengteselectieve infraroodstraling. Door het verminderen van de droogafstand wordt de voetafdruk van de droogovens aanzienlijk gereduceerd. Bovendien verhoogt de oplossing de processnelheid en worden kosten en energie bespaard.
Elektrodenfolies zijn heel dunne koper- en aluminiumfolies (6 tot 14 µm dik) die als draagfolie voor het actieve materiaal als anode en kathode dienen. De folies worden als stapel of als rol aan de betreffende contactvlakken (30 tot 60 lagen) tot een anode en een kathode aan elkaar gelast. Met onze lasers is een eenzijdige toegang tot het werkstuk gegarandeerd. Stapels met meer dan 60 folies kunnen zo betrouwbaar en bij een minimale vorming van metaalspatten gelast worden.
TRUMPF-lasers sluiten de van het elektrodenpakket voorziene, prismatische accubehuizing (Can), die gewoonlijk bestaat uit een diepgetrokken accubehuizing (0,6 - 0,8 mm wanddikte), met het behuizingsdeksel (Cap) 1,0 - 1,8 mm mediadicht af – zonder poriën, scheuren of ongewenste naadwelvingen. State-of-the-art is het lasproces met een asgeleide vaste optiek met lassnelheden van 10-12 m/min. De TRUMPF-technologie Brightline Weld zorgt voor spatarm lassen en de beste processtabiliteit. In combinatie met een PFO-scanneroptiek en sensorsysteem is ook een zeer dynamische oplossing mogelijk met lassnelheden van meer dan 25 m/min.
Accumodules bestaan uit meerdere tot een vermogenseenheid gekoppelde accucellen in een modulebehuizing. De modulebehuizing vervult afhankelijk van het gebruikte celformaat een iets andere functie. In de regel worden hier aluminiumlegeringen en voor een deel ook roestvrij staal voor gebruikt, die een gemiddelde tot hoge treksterkte hebben. Onze Highpower IR-lasers lassen deze scheur- en vervormingsvrij met de grootste vastheid.
Voor accucellen en -modules bestaat een groot aantal toepassingen voor het reinigen en structureren met lasers. Dat begint op het niveau van de elektroden, waarbij actief materiaal voor een deel wordt verwijderd of gestructureerd en eindigt bij de cel- of modulebehuizing van accu's, waar oppervlakken voor een betere hechting opgeruwd worden of waar isolatielak, zuurvlekken en oxidatielagen worden verwijderd. Ons gehele vermogensaanbod van korte- en ultrakortepulslasers wordt hier toegepast.
TRUMPF-markeerlasers brengen nauwkeurig en volledig contactloos opschriften aan op de gevoelige accucellen en de behuizing daarvan. Zo kunnen bijvoorbeeld met Black Marking alle componenten met een zeer hoog contrast en goede leesbaarheid bij een optimale corrosiebestendigheid van opschriften worden voorzien. Deze lange levensduur is ook voorwaarde voor de wettelijk vereiste traceerbaarheid en documentatie van de componenten.
Wilt u weten hoe wij uw productie op weg de elektrische mobiliteit optimaal kunnen ondersteunen? Profiteer van onze uitgebreide kennis als technologieleverancier voor OEM's, TIER-leveranciers, celfabrikanten en integratoren. Tevens zijn wij partner van talrijke publieke en private onderzoeksinitiatieven, waarmee we samen nieuwe technologische oplossingen voor de accuproductie ontwikkelen.
Of het nu om lasers gaat met groene golflengten voor het lassen van Cu-materialen, straalvorming (BrightLine Weld) voor metaalspat- en porievrij lassen van aluminium en koper of speciale sensorsystemen voor kwaliteitscontrole en procesbewaking: TRUMPF biedt talloze innovatieve oplossingen voor de productie van accucellen. Daarbij profiteert u van onze technologische samenwerking door een groot aantal laserstraalbronnen, optieken, sensorsystemen en uitgebreide toepassingskennis.
De TRUMPF-technologie BrightLine Weld is de sleutel tot het spatarme laserlassen van busbars, softconnectors, can-caps en modulebehuizingen met highpower IR-lasers. Daarnaast zijn onze TruDisk-lasers met groene golflengten voorbestemd voor sterk reflecterende materialen zoals koper – tot 2 kW continugolf of pulserend tot 400 W gemiddeld vermogen. Gedefinieerde en constante lasdiepten zijn op deze manier mogelijk en zorgen voor herhaalbare processen. Bij het warmtegeleidingslassen profiteert u tevens van een minimale warmtetoevoer in het werkstuk. Speciaal voor geautomatiseerde en zeer productieve fabricage zijn onze sensorsystemen (VisionLine, OCT en inlasdieptebewaking) ontwikkeld. Zo kunt u altijd vertrouwen op een volledige documentatie en traceerbaarheid.
Ons TruDisk-laserontwerp maakt met meerdere laseruitgangen per laser een optimale belasting van de laser bij timesharing en redundant bedrijf mogelijk. Daarnaast profiteert u door onze laservermogensregeling van een steeds gelijkblijvend laservermogen op het werkstuk.
We zien onszelf als uw toepassingsadviseur en enabler voor nieuwe productiemogelijkheden. Daarbij profiteert u van onze diepgaande kennis van de branche en onze decennialange ervaring als laserpionier.
Profiteer van het advies van onze experts en van ons wereldwijde servicenetwerk. Of u nu behoefte hebt aan service of de ontwikkeling van toepassingen: wij zijn daar waar u ook bent. Bijvoorbeeld bij Condition Monitoring bewaken de onderhoudstechnici en algoritmen van TRUMPF uw lasers voor predictief onderhoud speciaal voor gevoelige en grote productielijnen.
Met meer dan 4.000 m² is het TRUMPF lasertoepassingscentrum in Ditzingen een van de grootste lasertoepassingscentra wereldwijd. Onze applicateurs en branche-experts ondersteunen u bij het ontwikkelen en optimaliseren van toepassingen aan de hand van uw concrete component – met ons uitgebreide aanbod aan veelzijdige laserbewerkingssystemen.
