Wie PSA-Tapes die Batterieproduktion optimieren

Sponsert von Avery Dennison Performance Tapes.

Klebebänder können komplexe Prozesse vereinfachen, die robotergestützte Fertigung unterstützen, Abfälle reduzieren und noch viel mehr.

Von Max VanRaaphorst

Weltweit sind derzeit mehr als 60 Millionen Elektrofahrzeuge auf den Straßen. Das ist eine Zahl, die vor einigen Jahren noch undenkbar schien. Sie unterstreicht, wie Hersteller von Elektrofahrzeugen nicht mehr nur die Machbarkeit nachweisen müssen, sondern nun auch die Fertigbarkeit – also die Fähigkeit, schnell in der Produktion zu skalieren und dabei Qualität, Sicherheit sowie Gewinne zu maximieren.

Das gilt auch für Batterien in Elektrofahrzeugen und der E-Mobilität. Obwohl die Technologie weiterentwickelt wird, führt der Weg zur Marktreife nun über die Fertigung. Die erfolgreichen Anbieter sind jene, die ihre Produktionsprozesse optimieren, effektiv automatisieren und hochwertige Produkte zu niedrigen Kosten herstellen können.

Der Weg mag schwierig erscheinen. Es gibt jedoch Strategien, die zu höherer Qualität und größerer Produktivität führen können. Eine solche Strategie ist die Auswahl der Materialien, insbesondere bei druckempfindlichen Klebebändern (PSA).

Was bieten PSA-Klebebänder für die Batterieentwicklung?

PSA-Tapes sind eine ausgereifte, hochentwickelte und vielfältige Technologie, die in einer breiten Palette von Branchen eingesetzt wird, darunter der Automobil- und Verkehrssektor. Je nach Konfiguration kann ein Tape ein oder zwei Klebstoffe enthalten, die bei geringem Druck mit einem Trägermaterial verbinden, ein Oberflächenmaterial, das Stabilität in Bezug auf Abmessungen sowie weitere Eigenschaften bietet, sowie ein Schutzlager, das den Klebstoff bis zur Anwendung schützt.

Diese vielseitigen Tapes passen problemlos in enge Räume und tragen dazu bei, die Gesamtmasse einer Verpackung zu reduzieren. Sie ermöglichen eine saubere und wiederholbare Anwendung und sind in der Regel mit automatisierten Fertigungsprozessen kompatibel.

Von herstellungsseitiger Sicht können solche Vorteile PSA-Tapes zu einer verbesserten Alternative zu flüssigen Klebstoffen machen, die eine Aushärtungszeit benötigen und bei der Anwendung Schwankungen aufweisen, sowie zu mechanischen Befestigungselementen, die die Anzahl und Masse der Bauteile erhöhen.

PSA-Tapes können außerdem angepasst werden, um Eigenschaften zu bieten, die über einfaches Verkleben hinausgehen. Einige Beispiele: Elektrisch isolierende Folienoberflächen können den dielektrischen Schutz eines Systems verbessern. Tapes in Kombination mit Flammenschutzmaterialien wie Mica können den thermischen Schutz erhöhen. Auf dicke Schaumoberflächen aufgebrachte Tapes können empfindlichen Komponenten Stoßdämpfung bieten.

PSA-Tapes als Lösung für ein design-for-manufacturability-Konzept

Wichtig ist, dass PSA-Tapes nicht nur für den Endverwendungszweck, sondern auch für spezifische Herausforderungen im Fertigungsprozess selbst angepasst werden können. Das ist das Wesen von DFM.

Tatsächlich ist die Herstellung von Batterien auf mehreren Ebenen äußerst komplex. Bei der Produktion von Zellen, Modulen und Batteriepacks kommen unterschiedliche Substrate, strenge Toleranzen sowie schichtweise Aufbauten zum Einsatz, außerdem sind elektrische und thermische Managementanforderungen zu berücksichtigen. Verschwenderische Produktionsschritte sowie Schäden an empfindlichen Batteriekomponenten stellen Probleme dar, die bei Herstellern, die traditionelle Verbindungs- und Montagemethoden verwenden, häufig auftreten können.

Wie PSA-Tapes diese Probleme lösen und die Batterieproduktion optimieren

Hier kommen PSA-Tapes ins Spiel. Im Folgenden sind nur einige Beispiele dafür, wie diese DFM-Lösung zur Optimierung der Batterieproduktion beitragen kann.

PSA-Tapes reduzieren Anzahl der Produktionsschritte, Kosten sowie Komplexität der Produktionslinien

Durch den Einsatz von PSA-Tapes entfallen einige zeitaufwändige und arbeitsintensive Schritte, die mit herkömmlichen Verklebung- und Befestigungsverfahren verbunden sind. Wie bereits erwähnt, benötigen die Tapes keine Aushärtungszeit. Sobald sie angebracht wurden, kann der damit befestigte Teil sofort zum nächsten Schritt des Produktionsprozesses übergehen. Dadurch wird Zeit gespart und der Bedarf an Ausrüstungen wie Aushärtungsöfen entfällt, was zur Senkung der Anschaffungskosten beiträgt.

Avery Dennison next-gen Volt ToughTM Stretch ist ein hervorragendes Beispiel für diese Vorteile.

Das Produkt ist eine auf PSA-Tape basierende Isolationslösung für dielektrischer Materialien, die speziell dafür entwickelt wurde, an flachen Metallblechen haftend zu bleiben. Diese Bleche können anschließend zugeschnitten und gestanzt werden, um die für das Design des Batteriekomponenten benötigten Formen zu erzeugen. Die in das Tape integrierte Dehnfähigkeit verhindert, dass die dielektrische Barriere während dieser Prozesse reißt oder Risse bekommt.

Traditionelle Isolationsmethoden wie Pulverbeschichtung können einen Produktionsprozess – egal ob inhouse oder ausgelagert – durch zusätzliche Komplexität und höhere Kosten belasten. Im Gegensatz dazu kann das next-gen Volt Tough Stretch-PSA-Tape leichter direkt im Produktionsablauf, manuell oder robotergestützt, aufgetragen werden, wodurch Einfachheit und Kosteneinsparungen erreicht werden.

PSA-Tapes unterstützen die Automatisierung und robotergestützte Anwendung

Durch den Einsatz von Bändern, die auf ihre jeweilige Anwendung und Automatisierungsverfahren abgestimmt sind, können Hersteller von E-Mobilitätskomponenten effiziente und wirksame Automatisierungsprozesse entwickeln. PSA-Bänder unterstützen verschiedene Automatisierungsstrategien, darunter das Aufnehmen und Platzieren von vorgeformten Teilen, das Entfernen sowie Aufbringen von Schutzschichten in einer einzigen Durchgangsphase sowie die Laminierung großer Komponenten wie Kühlpflatten.

Da die Verklebung mit PSA-Bändern unmittelbar beim Kontakt mit dem Trägermaterial stattfindet, neigen die Komponenten weniger dazu, beim Transport zwischen den Stationen zu verschieben. Dies ist insbesondere wichtig für schichtweise aufgebauten Batteriebaugruppen, bei denen eine Fehljustierung zu Problemen mit der elektrischen Trennung, ungleichmäßigen Wärmeübergängen sowie späteren Fehlern bei der Montage führen kann.

Die dimensionsstabile Eigenschaft ist ein weiterer Vorteil von PSA-Tapes, die robotergestützt eingesetzt werden. filmbasierte Träger wie PET widerstehen beim robotergestützten Handling und Aufbringen dem Dehnen, wodurch die Positiongenauigkeit bei hohen Anwendungsgeschwindigkeiten verbessert wird. Wenn Montagearbeiten eine Passgenauigkeit an Kanten oder unebenen Oberflächen erfordern, können Vlies- oder Schaumträger verwendet werden, um Flexibilität mit Automatisierbarkeit in Einklang zu bringen.

Für Batteriehersteller, die auf Skaleneffekte setzen, können PSA-Tapes, die für die robotergestützte Anwendung entwickelt wurden, dazu beitragen, Produktionslinien zu stabilisieren, die Ausbeute zu verbessern und die Gesamteffizienz der Anlagen zu erhöhen.

PSA-Tapes helfen, Abfallraten zu senken und die Qualität zu steigern

Viele Batteriematerialien sind empfindlich und schwer zu handhaben, wodurch sie besonders anfällig für Schäden während schneller Montagearbeiten sind. PSA-Tapes können angepasst werden, um Batterieherstellern zu helfen, den Beitrag dieser Materialien zu Abfall und Ausschussraten zu verringern.

Eine häufige Herausforderung tritt beim Entfernen der Schutzschichten auf. Materialien wie Mica oder Keramikpapier können reißen, sich ablösen oder brechen, wenn sie übermäßigem Stress und Kräften ausgesetzt sind.

PSA-Tape-Konstruktionen, die Schutzschichten mit angemessen abgestimmten Klebesystemen kombinieren, verringern den mechanischen Stress auf diese Materialien während des automatisierten oder halbautomatischen Entfernens. Dadurch gelangen weniger beschädigte Teile in nachfolgende Verarbeitungsschritte.

Hersteller wie Avery Dennison können die Entfernungskraft der Schutzschichten durch Methoden wie die Steuerung des Freisetzungssystems (niedrig, mittel oder hoch) und/oder das gezielte Auftragen des Klebers an bestimmten Stellen präzise einstellen.

Zusätzlich können Folien so konzipiert werden, dass sie mit Sichtsystemen kompatibel sind und somit Inline-Qualitätskontrollen ermöglichen. Gedruckte Einlagen oder pigmentierte Klebesysteme lassen automatisierte Anlagen die Präsenz und Positionierung der Bauteile überprüfen, bevor die Montage weitergeführt wird. Frühe Erkennung von Defekten ermöglicht es, nicht konforme Bauteile vor der Wertsteigerung zu entfernen und somit die Gesamtkosten für Ausschuss zu senken.

In großem Maßstab summieren sich solche schrittweisen Verbesserungen. Durch die Verringerung von Behandlungsbeschädigungen, Fehlstellungen und Defekten in späten Phasen tragen PSA-Folien, die für die Batterieherstellung optimiert sind, dazu bei, die Gesamterträge zu steigern und gleichzeitig die Herstellungskosten zu senken.

Entwicklung von DFM-Lösungen auf Basis von PSA-Folien für Ihre Produktionslinie

Ein logischer erster Schritt bei der Entwicklung von PSA-Tape-Lösungen für Ihre Produktionsanforderungen besteht darin, Partner zu finden, die über Fachwissen und Fähigkeiten verfügen, die Sie intern vielleicht nicht haben. Die Branche wird von verschiedenen PSA-Tape-Herstellern bedient, die diese Rolle übernehmen können.

Mit einigen Fragen sollten Sie bei der Prüfung von Tape-Herstellern rechnen:

Hat der Hersteller Erfahrung und Anwendungskenntnisse in der Batterieindustrie?

Besitzt der Hersteller die F&E-Kapazitäten, um die von mir benötigten Lösungen zu entwickeln?

Hat der Hersteller das Interesse, maßgeschneiderte Lösungen zu entwickeln? (Nicht alle haben das.)

Hat der Hersteller Zugang zu einem Netzwerk weiterer Unternehmen, wie z. B. Tape-Umwandlungsanbieter und Hersteller von Funktionsmaterialien, die für meinen Erfolg entscheidend sein könnten?

Bietet der Tape-Hersteller kontinuierliche Unterstützung?

Idealerweise beginnt diese Zusammenarbeit bereits in der Frühphase der Produktentwicklung. Dadurch hat der Klebebandhersteller maximale Möglichkeiten, Lösungen zu entwickeln, die für Ihren Fertigungsprozess geeignet sind.

Mit unserem Unternehmen Avery Dennison arbeiten wir mit OEMs und Zulieferern zusammen, um PSA-Klebebandlösungen an spezifische Zell-, Modul- und Verpackungsdesigns anzupassen. Wir bieten ein breites Spektrum an PSA-Klebebandlösungen für die Batterieindustrie der Elektromobilität, und unser Portfolio wird durch umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten gestützt.

Über den Autor

Max VanRaaphorst ist Market Manager für Energiespeicher bei der Avery Dennison Materials Group North America. Mit zehn Jahren Erfahrung in Technik, Vertrieb und Marketing im Bereich Klebstoffe und Klebebänder bemüht sich Max darum, OEMs und Zulieferern bei der Bewältigung von Design-, Fertigungs- und Leistungsproblemen im rasant wachsenden Energiespeichersektor zu helfen.

Kontaktieren Sie Max über LinkedIn

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