Schneestrahlreinigung in der Batterieproduktion

Saubere Kontaktstellen sind bei der elektrischen Verbindung der Batteriezellen mit dem Ableiter, hier ein Leadframe, entscheidend für eine hohe Energiedichte und die sichere Funktion des Akkus. Bildquelle: Shutterstock/Sergii Chernov

Durch das Zusammenspiel von vier Reinigungsmechanismen entfernt der quattroClean-Strahl partikuläre Verunreinigung bis in den Submikrometer-Bereich und filmische Kontaminationen prozesssicher und reproduzierbar. Bildquelle: acp systems AG

Auf der diesjährigen parts2clean präsentiert die acp systems AG (Halle 4, Stand B 04) mit der quattroClean-Schneestrahltechnologie eine trockene und nachhaltige Reinigungslösung für verschiedene Aufgaben bei der Produktion von Lithium-Ionen-Batterien und Brennstoffzellen. Das Verfahren, das einfach in automatisierte Fertigungsumgebungen zu integrieren ist, wird bereits bei verschiedenen Serienanwendungen eingesetzt, beispielsweise zur Reinigung der Fügestellen vor der Kontaktierung von Batteriezellen.

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.