Batterieproduktion Messtechnik für die Batterie von morgen

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Micro-Epsilon (Swiss) AG

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

Baumer Group

FAULHABER SA

Der Sensorspezialist Micro-Epsilon bietet für zahlreiche Anwendungen in der Batterieproduktion hochgenaue Lösungen. Diese reichen vom einzelnen Sensor bis zum kompletten Sensorsystem, von der Inline-Dickenmessung über die präzise Maschinenüberwachung bis hin zur 3D-Oberflächeninspektion.

Moderne Batterietechnologien spielen eine zentrale Rolle in zahlreichen Anwendungsgebieten, von Elektrofahrzeugen über Stromspeicher bis hin zu mobilen Geräten wie Smartphones. Mit dem zunehmenden Fokus auf Nachhaltigkeit und Elektrifizierung steigt die Bedeutung von Batterien kontinuierlich an. Um diesem Bedarf gerecht zu werden und die Qualität, Leistungsstärke und Wirtschaftlichkeit von Batterien kontinuierlich auf höchstem Niveau zu halten, ist ein hochpräziser Produktionsprozess unerlässlich. Um die einzelnen Fertigungsprozesse zu optimieren und die Qualität zu maximieren, kommt modernste Sensortechnologie von Micro-­Epsilon zum Einsatz. Die Sensoren werden von führenden Batterieproduzenten und Automobilkonzernen weltweit eingesetzt und überzeugen durch höchste Präzision und Zuverlässigkeit.

Mehr Präzision in der Batterieproduktion

Sensoren und Systeme von Micro-Epsilon kommen in den hochautomatisierten Prozessen bei allen Produktionsschritten von Anoden und Kathoden, Separatoren, und Aktivmaterial zum Einsatz. Sie messen hochgenau bei der Beschichtung, dem Kalandrieren, der Assemblierung bis hin zur Formierung. Insbesondere für die Beschichtungslinien von Elektrodenfolien bietet Micro-Epsilon zahlreiche Lösungen. Die Sensorsysteme werden sowohl für Nassbeschichtungsprozesse als auch für Trockenbeschichtungen eingesetzt. Beschichtete Kupferfolien können ebenso überwacht werden wie Aluminiumfolien. Prozesskritische Messgrössen sind die Beschichtungsdicke, die Dicke der Folien, Bahnkantenposition und Coilabwicklung sowie die Überwachung des Beschichtungsauftrags an den Rändern.

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Dickenmessung von Batteriefolien

Bei der Inline-Dickenmessung von Batteriefolien bewähren sich optische Sensoren wie z. B. kapazitive Sensoren. Diese verfügen über einen grösseren Messfleck, weshalb sich über die Flächenintegration des Sensors eine inhomogene Struktur kompensieren lässt. Darüber hinaus können die kapazitiven Sensoren auch bei hohen Prozesstemperaturen von bis zu 200 °C eingesetzt werden. Dank integrierter Temperaturkompensation liefern sie stabile Messwerte im Submikrometerbereich. Kapazitive Sensorik wurde früher vor allem in der Halbleiterindustrie für Reinraum­anwendungen eingesetzt. Aufgrund innovativer Weiterentwicklung und Anpassung an die Industrieanforderungen, definieren sie nun einen neuen Standard in Abstands- und Dickenmessaufgaben über die gesamte Prozesskette hinweg.

Neben kapazitiven Sensoren, kommen konfokal-chromatische Sensoren, Weisslicht-­Interferometer und Lasersensoren zum Einsatz. Sie werden üblicherweise zur Überwachung und Regelung von Nassbeschichtungsprozessen eingesetzt, eignen sich aber auch für Trockenprozesse.

Zweiseitige Dickenmessung bei der Elektrodenbeschichtung

Bei der zweiseitigen Dickenmessung sind je zwei Sensoren der Reihe optoNCDT 1900 LL gegenüberliegend angeordnet, wobei jeder Sensor den Abstand zur Batteriefolie misst. Dank der Synchronisierbarkeit in Zusammenspiel mit der präzisen Sensorausrichtung wird eine hohe Messgenauigkeit bei gleichzeitig hoher Messrate erzielt. Die Dickenwerte lassen sich zur Regelung des Beschichtungsauftrags und zur Qualitätssicherung heranziehen. Dank der Laser-Linie-Strahlausführung ist dieser Sensor optimal für Inline-Dickenmessungen in der Batteriezellenproduktion geeignet. Bei der Elektrodenbeschichtung handelt es sich um eine zuvor getrocknete Paste (den sogenannten Slurry), die beidseitig auf einer Aluminiumfolie (für die Kathode) bzw. auf einer Kupferfolie (für die Anode) aufgetragen wird. Beim anschliessenden Trocknen und Kalandrieren entsteht eine teilweise sehr poröse Oberfläche. Die speziell für Messungen auf rauen Oberflächen konzipierte kleine Laser-Linie eignet sich hervorragend für diese Anwendung, da Unregelmässigkeiten auf der Oberfläche kompensiert werden. Die so erhaltenen Dickenwerte der beschichteten Folie werden zur Qualitätssicherung herangezogen. Dank der hohen Genauigkeit sowie seiner sehr kompakten Grösse ist der optoNCDT 1900 LL für diese Messaufgaben prädestiniert. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, die Messaufgaben mit Laserklasse 2 zu lösen.

Neuer Laser-Triangulationssensor

Laser-Sensor mit integrierter EtherCAT-Schnittstelle

Kapazitive Abstandssensoren zur Walzenspaltregelung

Für die Überwachung und Regelung von Kalander- und Beschichtungswalzen werden im «State of the art» meist induktive Sensoren eingesetzt. Da die Anforderungen der Endkunden und Anlagenbauer steigt, setzt Micro-Epsilon kapazitive Sensoren, häufig in flacher Bauform, ein.

Diese sind in verschiedenen Ausführungen verfügbar und erfassen den Walzenspalt mikrometergenau. Die kompakten Sensoren können in beengte Bauräume integriert werden, um direkt gegen die Walzen oder die Walzenaufhängung zu messen. Möglich ist die direkte Spaltmessung per Integration an der Walze z. B mit einem nur 0,9 mm dicken Flachsensor. Der Sensor kann beidseitig messen und detektiert somit zwei Abstände. Eine weitere Möglichkeit ist die indirekte Spaltmessung per Integration am Schaft mit einem äusserst kompakten kapazitiven Sensor von nur 4 × 3,5 mm. Die robuste Ausführung sowie hohe Temperaturstabilität dieser Sensoren erlaubt den Einsatz bei hohen Umgebungstemperaturen.

Unterscheidung von Schwarztönen in der Batterieproduktion

Bei der Produktion von Lithium-Ionen-Akkus kommt es auf höchste Präzision an. Bei diesem hochmodernen Fertigungsprozess werden Trägerfolien mit einer Anode und einer Kathode zu einer Energiezelle vereint. Die Anode besteht aus einer Kupferfolie, die mit einer Graphitschicht in tiefem Schwarz beschich­tet ist. Die Kathode weist eine Aluminiumfolie mit einer tiefschwarzen Lithium-­Metall-Oxid-Beschichtung auf. Beide Schwarztöne sind kaum voneinander zu unterscheiden. Dies ist jedoch für die einwandfreie Funktion und Zuverlässigkeit der Akkus von grosser Bedeutung. Das Farbmesssystem Colorsensor CFO200 in Verbindung mit dem innovativen Ringsensor CFS2-M11 löst diese Messaufgabe zuverlässig und macht die prozesssichere Unterscheidung der feinen Farbnuancen möglich. Die Messung erfolgt in Echtzeit, mit hoher Präzision und hoher Geschwindigkeit.

Farbsensoren

Inline-Farbmessung an der Extruderlinie

Optosensorik

Leistungsstarke Farbsensoren für vielfältige Anwendungen

Sensoren und Messtechnik für die Elektroden- und Batteriefertigung

3D-Sensoren von Micro-Epsilon werden zur Montageüberwachung sowie zur 3D-­Inspektion beschichteter Folien eingesetzt. 3D-Laserscanner kommen bei der kontinuierlichen Bandinspektion zum Einsatz, während 3D-Snapshot-Sensoren für Stop&Go-Messungen mit enorm hoher Präzision genutzt werden. Die 3D-Sensoren von Micro-Epsilon erlauben dabei eine stabile Messung mit hoher Auflösung und erfassen Fehlstellen mit kleinsten Geometrien, wie z. B. Abplatzungen und Einschlüssen. Zur Bandkantenüberwachung werden optische Mikrometer eingesetzt, die prozesssicher die Bahnführung prüfen.

3D-Überwachung des Beschichtungsauftrags an den Bahnkanten

Die Beschichtung von Elektroden muss mit höchster Präzision erfolgen. Aus diesem Grund überprüfen Laser-Scanner von Micro-­Epsilon das Beschichtungsprofil am Band­rand. Dadurch werden Unregelmässigkeiten in der Beschichtung und Welligkeiten erkannt. Die 3D-Laserscanner zeichnen sich durch hohe Dynamik, absolute Präzision und ihre kompakte Baugrösse aus. Mit dem Scancontrol 3000 und der neuen Scancontrol-­3002-Serie bietet Micro-Epsilon ein umfassendes Portfolio mit zahlreichen Messbereichen. Die Sensoren basieren auf den neuesten GigE-Vision- und GenICam-Standards und können daher in vielfältige Bildverarbeitungsumgebungen eingebunden werden. Über die Software 3DInspect steht eine leistungsstarke Software zur Parametrierung, Auswertung und Ausgabe zur Verfügung.

Laser-Profilsensoren

Laserscanner für grosse Messbereiche

Bahnkantenregelung der Elektrodenfolie

Elektroden- und Separatorfolien müssen während der Produktion von Batteriezellen präzise geführt werden. Optische Mikrometer der Serie Optocontrol erfassen die erforderliche Kantenposition für die Bahnkantenregelung. Werden mehrere Mikrometer betrieben, kann gleichzeitig die Bahnbreite ausgegeben werden. Dank der hohen Messrate eignen sich die Optocontrol-Mikrometer auch für die Überwachung von dynamischen Fertigungsprozessen.

Neuheit von Micro-Epsilon

Präzisionsmikrometer für grosse Messbereiche

Inline-Systeme zur Banddickenmessung von Separatorfolien

Zur Inline-Dickenmessung von Bandmaterialien wird das Thicknessgauge-Sensorsystem eingesetzt. Ausgestattet mit einem Weisslicht-Interferometer erfasst es die dünnen Beschichtungen ab 10 µm von Kunststofffolien mit Submikrometer-Genauigkeit. Mehrere Modelle mit verschiedenen Sensortypen, Messbereichen und Messbreiten stehen bei Micro-Epsilon zur präzisen Dickenmessung zur Verfügung. Diese Systeme nutzen je nach Anforderung an die Mess­aufgabe zwei optische bzw. elektromagnetische Abstandssensoren, um die Banddicke von Zellmaterial, Folien und Beschichtungen mit Mikrometergenauigkeit zu erfassen.

Dickenmessung bei laufender Produktion

Nassschichtdickenmessung in der Batterieproduktion

Messsystem zur hochpräzisen Inline-­Dickenmessung von Batteriefolie

Das Messsystem Thicknesscontrol wird zur hochpräzisen Inline-Dickenmessung von beschichteten Batteriefolien eingesetzt und überzeugt durch langzeitstabile Messungen. Es besteht aus einem oder zwei robusten Messrahmen, die jeweils nach Kundenanforderung mit bis zu vier Dickenmessspuren ausgestattet werden können. Damit sind bis zu acht Dickenmesskanäle in einer Messanlage möglich. Die Sensoren basieren auf dem konfokal-chromatischen Messverfahren und werden über einen Mehrkanalcontroller synchronisiert ausgewertet. Durch eine patentierte Linearisierung der einzelnen Messspuren werden Messgenauigkeiten in Submikrometern erreicht.

Die neue Lasersensor-Generation

Laser-Triangulationssensoren – designed for advanced automation

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Dünschichtbatterien: sicherer und langlebiger

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