Sieben Fragen an Manuel Meier, Market Sector Manager DACH der Edwards GmbH, dem Hersteller u.a. von Vakuumprodukten für die Akku-Fertigung.
Komplexe technische Produkte durchlaufen nach ihrer Markteinführung in der Regel eine anfangs steile, später immer weiter abflachende Lernkurve. Wo sehen Sie die Fertigung von Lithium-Ionen-Akkus auf einer solchen Lernkurve gegenwärtig? Sind wir noch im steilen Teil der Kurve – sprich: Sind noch erhebliche Kostensenkungen in kurzen Zeitabschnitten zu erwarten?
Mein Eindruck ist, dass entlang der gesamten Wertschöpfungskette von der Rohstoffbeschaffung über die Materialforschung und Fertigungsprozessoptimierung bis hin zum Recycling sehr intensiv gearbeitet wird. Durch den stetigen Erkenntnisgewinn hierbei sehe ich das Ende der Lernkurve noch nicht erreicht und halte weitere Kostensenkungen für durchaus realistisch.
An welchen Stellen im Produktionsprozess von Lithium-Ionen-Akkus kommt Vakuum-Technologie zum Einsatz?
Beim Mischen des „Slurry“ - Für den Prozess ist es von entscheidender Bedeutung, dass Luftblasen im Gemisch verhindert werden und sich eine homogene Paste bildet. Aus diesem Grund wird der Mischprozess unter Vakuum durchgeführt.
Beim Trocknen der Elektroden - Vakuum ist bei Trocknungsprozessen unerlässlich, um Feuchtigkeit und Lösungsmittel wie NMP(N-Methylpyrrolidon) zu entfernen.
Beim Befüllen und Entgasen der Zelle - Die Vorevakuierung von Zellen erfolgt unter Vakuum. Danach wird der Elektrolyt als Transportmedium für die Lithium-Ionen in die Zellen gefüllt. Die Entgasung erfolgt unter Vakuum, um sicherzustellen, dass sich die Lithium-Ionen frei bewegen können.
Beim Versiegeln der Zelle - Das Versiegeln erfolgt ebenfalls unter Vakuum, um Luft und Feuchtigkeit aus der Pouchzelle zu entfernen.
Daneben gibt es weitere Anwendungen wie zum Beispiel Pick and Place, in der Zellassemblierung oder beim Stacking.
Welche Vakuumstufen müssen dabei erreicht werden und welche spezifischen Anforderungen sind dabei besonders wichtig?
Das Vakuumniveau hängt natürlich von der jeweiligen Anwendung ab. Beim Mischen beispielsweise bewegen wir uns eher im Grobvakuumbereich, wohingegen beim Trocknen Vakuumlevels von 1 – 10 Pa (abs.) erreicht werden. Wichtige Anforderungen an den Vakuumerzeuger sind dabei schnelle Abpumpzeiten für einen effizienten Prozess. Das verlässliche Arbeiten unter harschen Prozessbedingungen und eine hohe Verträglichkeit von beispielsweise Lösungsmittel, die durch die Pumpe abgesaugt werden, sind weitere Faktoren. Außerdem ist es wichtig, möglichst wenig Stillstandszeiten zu haben, sprich große Wartungsintervalle der Pumpen.
Welche Rolle spielen Automatisierung und Effizienz in diesem Zusammenhang?
Ihre eingangs gestellte Frage zeigt ja, dass wir uns in einem Umfeld bewegen, wo der Kostendruck enorm groß ist. Das Thema Automatisierung zur Steigerung der Effizienz in Prozessen ist dabei natürlich ein wichtiges Thema. Auch im Bereich der Vakuumerzeuger ist dies ein Element zur Steigerung der Effizienz. Denn in fast allen Produktionsumgebungen muss das Vakuumsystem nicht über den gesamten Zeitraum die volle Leistung erbringen. Das gilt für Prozesszyklen genauso wie für Abpumpzyklen und Maschinenleerlaufzeiten. Unsere Vakuumpumpen können je nach Bedarf automatisiert zu- und weggeschaltet oder anhand eines vorgegebenen Sollwertes geregelt werden. Dadurch sind Einsparungen im Bezug auf Energie- und Wartungskosten von 50 % und mehr möglich.
Was verstehen Sie unter einer intelligenten Vakuumpumpe?
Beim Thema intelligente Vakuumpumpen geht es darum, bestimmte Betriebsparamenter auszulesen, diese zu verarbeiten und dem Nutzer zur Verfügung zu stellen. Dies kann etwas sehr Triviales wie zum Beispiel die selbstständige Regelung einer Pumpe nach einem vorgegebenen Prozessdruck sein. In einem weiteren Schritt könnten Informationen über Verschleißteile ausgewertet werden, die es dem Nutzer erlauben, beispielsweise den Austausch eines Lagers zu planen, bevor dieses kaputt geht. Auf diesem Gebiet befinden wir uns aktuell noch in der Entwicklungsphase.
Welche Vakuumpumpen-Lösungen haben Sie entwickelt, um die hohen Anforderungen bei der Produktion von Lithium-Ionen-Akkus zu gewährleisten?
Speziell entwickelt haben wir für den Lithium-Ionen-Batterie (LiB) Markt keine Pumpen. Jedoch haben wir dank einer 100-jährigen Erfahrung in der Entwicklung von Vakuum-Equipment auch für die vorhin genannten Anwendungen eine Vielzahl sehr guter Vakuumlösungen in unserem Portfolio – allen voran unsere trockenlaufende Schraubenvakuumpumpe der Baureihe GXS, die den hohen Anforderungen in diesem Umfeld vollends gerecht wird. Die GXS zeichnet sich durch schnelle Abpumpzeiten und einen niedrigen Enddruck aus, was die Produktivität und die Produktqualität enorm steigert. Außerdem ist sie äußerst robust und kann auch unter harschen Bedingungen zuverlässig arbeiten. Darüber hinaus arbeitet sie ohne Betriebsmittel wie Wasser oder Öl und die Schrauben verdichten absolut berührungsfrei zueinander. Dadurch minimieren wir den Verschleiß, optimieren den Stromverbrauch und sorgen so für eine verbesserte Ökobilanz des Kunden. Aufgrund der umfangreichen Kommunikationsschnittstellen lässt sie sich zudem einfach in das Gesamtsystem des Kunden integrieren. Aus unsere Sicht ist die GXS also die optimale Pumpe für die LiB-Fertigung.
Wie können Sie den Aufwand für Service und Wartung der eingesetzten Pumpen minimieren?
Zum einen, indem wir überwiegend auf trockenlaufende, berührungsfreie Technologien setzen, die weitaus weniger wartungsintensiv sind, da weniger Verschleißteile eingesetzt werden. Zum anderen haben wir bei uns an Bord Experten mit jahrelangem Know-how im Bereich Vakuumanwendungen. Sie wissen genau, welche Anforderungen im Prozess auf unsere Vakuumpumpen zukommen und können unseren Kunden entsprechend wertvolle Hilfestellung für den richtigen Betrieb geben. Dadurch lässt sich der Wartungsaufwand – verursacht durch falsche Handhabe – ebenfalls deutlich reduzieren. So tragen auch wir zu einer weiteren Kostensenkung in der Produktion von Lithium-Ionen Akkus und zum Erfolg der Elektromobilität bei.