Schneestrahlreinigung in der Batterieproduktion

Ob elektrisch angetriebenes Fahrzeug oder stationärer Energiespeicher, auf den Lithium-Ionen-Akku entfällt ein wesentlicher Teil der Wertschöpfung. Bei dessen Herstellung ergeben sich für die Bauteilreinigung verschiedene neue und veränderte Aufgaben.

CO₂-Schnee – trocken, effektiv und klimaneutral
Dafür präsentiert die acp systems AG auf der diesjährigen parts2clean mit der einfach in die automatisierte Fertigung von Akkumulatoren und Brennstoffzellen integrierbaren quattroClean-Schneestrahltechnologie eine trockene, effektive und vergleichsweise kostengünstige Reinigungslösung. Sie ermöglicht es, partikuläre Verunreinigungen bis in den Submikrometer-Bereich und filmisch-chemische Kontaminationen sowohl ganzflächig als auch partiell prozesssicher und reproduzierbar von Oberflächen zu entfernen. Reinigungsmedium ist flüssiges, nicht-korrosives Kohlendioxid, das in chemischen Prozessen und der Energiegewinnung aus Biomasse entsteht und daher klimaneutral ist.

Eingesetzt wird das Verfahren bereits bei verschiedenen Anwendungen in der Serienproduktion von Lithium-Ionen-Batterien. Dazu zählt die Reinigung der Kontaktflächen von Batteriezellen – prismatische, zylindrische (Rund-) oder Pouchzellen – und Leadframes beziehungsweise der Bondflächen bei Leiterplatten. Da selbst minimale Verunreinigen auf den Verbindungsflächen zu einer unzureichenden Kontaktierung führen können, ist die zuverlässige Entfernung partikulärer und filmischer Kontaminationen unter Leistungs- und Sicherheitsaspekten ein Muss.

Bei der Herstellung von Wasserstoff-Luftsauerstoff-Brennstoffzellen kommt das trockene Verfahren ebenfalls zum Einsatz. Eine Anwendung dabei ist die Reinigung von Bipolarplatten aus Edelstahllegierungen nach der Laserbearbeitung. Dabei verbleiben Schmauchspuren auf den Oberflächen, die den Wirkungsgrad beeinträchtigen und deshalb vollständig zu entfernen sind. Die trockene und rückstandsfreie Abreinigung partikulärer und filmischer Kontaminationen aus Vorprozessen wie dem Stanzen zählt ebenfalls zu den Einsatzbereichen des Verfahrens.

Die gute Reinigungswirkung des quattroClean-Systems basiert auf dem speziellen Design der verschleißfreien Zweistoff-Ringdüse. Durch diese wird das flüssige Kohlendioxid geleitet und entspannt beim Austritt zu feinen CO₂-Partikeln. Sie werden durch einen separaten Druckluftmantelstrahl gebündelt und auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt. Beim Auftreffen des gut fokussierbaren Reinigungsstrahls auf die zu reinigende Oberfläche sorgen die vier Wirkmechanismen (thermischer, mechanischer, Lösemittel- und Sublimationseffekt) dafür, dass Verunreinigungen zuverlässig entfernt werden. Sie werden durch die aerodynamische Kraft der Druckluft von der Oberfläche weggeströmt und von der integrierten Absaugung aus dem Reinigungsmodul ausgetragen. Da das kristalline Kohlendioxid sublimiert während der Reinigung vollständig sublimiert, sind die Oberflächen/Teile trocken und können direkt dem nächsten Schritt der Fertigungskette zugeführt werden.

Flexibel in die Fertigung integrierbar
Die Skalierbarkeit und der geringe Platzbedarf des quattroClean-Reinigungssystems ermöglichen, dass es nahezu in jedem Bereich einer automatisierten Batterie- oder Brennstoffzellenfertigung integriert werden kann. Die Prozessvalidierung und -auslegung erfolgen kunden- und anwendungsspezifisch durch Versuche im Technikum von acp. Für eine gleichbleibend hohe Prozessstabilität überwacht ein Sensorsystem die Strahlkonsistenz jeder Düse. Eine Überwachung der Düsen hinsichtlich CO₂– und Druckluftzufuhr sowie Strahldauer erfolgt ebenfalls. Die ermittelten Werte werden automatisch gespeichert und können mittels üblicher Schnittstellen an ein übergeordnetes System zur Erfassung aller Produktionsdaten übermittelt werden.

acp systems AG auf der parts2clean: Halle 4, Stand B 04, Messe Stuttgart, 5. bis 7. Oktober 2021.

www.acp-systems.com