Schweizer Technologie: Plasma, die Zukunft der Batterieherstellung

Im Vergleich zur herkömmlichen Batterie weist die Lithium-Ionen-Batterie eine hohe Energiedichte auf. So kann sie auf kleinem Raum viel Energie speichern. Das macht sie besonders geeignet für Geräte und Fahrzeuge, die einen kompakten und leistungsfähigen Energiespeicher benötigen.

Doch die Lebensdauer einer solchen Batterie ist begrenzt und stellt uns vor eine grosse Herausforderung. Da kommt Plasma ins Spiel. Managing Director Klaus Kresser von Plasmatreat Schweiz AG stellte die innovative Schweizer Technologie an der Winterthurer Klebstofftagung vor.

Aber was ist Plasma überhaupt? Plasma ist der sogenannte vierte Aggregatzustand, ein ionisiertes Gas, das aus positiv und negativ geladenen Teilchen besteht. 99 Prozent der sichtbaren Materie in unserem Universum besteht daraus, auch Polarlichter und Blitze bestehen aus Plasma.

Doch was ist ein Aggregatzustand? Ein Aggregatzustand ist ein physikalischer Zustand eines Stoffes. Die ersten drei sind fest (zum Beispiel Eis), flüssig (Wasser) und gasförmig (Wasserdampf).

Weniger bekannt ist die Tatsache, dass Plasma auch künstlich hergestellt werden kann und viele verschiedene Einsatzmöglichkeiten in industriellen Prozessen bietet. Für beispielsweise Kleben, Lackieren, Drucken oder Beschichten ist dieses Multitalent in vielen Bereichen heute unverzichtbar.

Um die Qualität in der Batterieherstellung zu erhöhen, wurde eine innovative Technologie entwickelt: das Openair-Plasma. Wie der Name verrät, basiert diese Technologie auf dem vierten Aggregatzustand der Materie, dem sogenannten Plasma. Es ist allerdings keine Verbindungstechnologie. Sondern es wird für die Oberflächenvorbehandlung vor dem Kleben, Folieren oder beispielsweise dem Versiegeln bei Batterieanwendungen eingesetzt.

Die Openair-Plasma Technologie wurde von Ing. Christian Buske, Gründer und Geschäftsführer von Plasmatreat GmbH, mit Hauptsitz in Steinhagen, Deutschland, entwickelt. Die Schweizer Tochterfirma Plasmatreat Schweiz AG wird von Managing Director Klaus Kresser geleitet.

Mit der Plasma-Technologie können Herausforderungen speziell im Bereich der Benetzung, Versiegelung und Verklebung in Batterieanwendungen gelöst werden.

Die elektrische Isolierung von Einzelzellen, beispielsweise prismatischen Zellen ist eine der Herausforderungen. Wenn der Lack oder die Folie nicht vollständig und gleichmässig haften, kann es zu Fehlern in der Isolierung kommen. Durch die Reinigung mit Plasma wird die Aluminiumoberfläche der Batterien gesäubert. Dies ermöglicht eine saubere Oberfläche für eine bestmögliche Haftung von Lack oder Folie.

Eine weitere Herausforderung ist die Sicherstellung der Wärmeleitfähigkeit, um ein vorzeitiges Altern der Batterien durch Wärme zu verhindern. Dies erfordert kürzere Trocknungszeiten und spezifische Oberflächenenergieanforderungen. Durch die Plasma-Behandlung kann die Oberflächenenergie erhöht werden, um eine optimale Haftung des Klebstoffs oder Lacks zu gewährleisten.

Eine Lithium-Ionen-Batterie besteht aus verschiedenen Komponenten. Sie hat eine positive Elektrode, die aus einem Lithium-Metall-Oxid besteht und auf eine Aluminiumfolie aufgebracht ist. Die negative Elektrode besteht aus Grafit und ist auf eine Kupferfolie aufgebracht. Der Elektrolyt, der die Elektroden verbindet, besteht aus einem leitfähigen Salz, das in einem wasserfreien organischen Lösungsmittel gelöst ist.

Damit sich die Elektroden nicht berühren und einen Kurzschluss verursachen, wird zwischen ihnen ein Kunststoffseparator platziert. Um sicherzustellen, dass eine hochwertige Lithium-Ionen-Batterie sauber, dicht und benetzbar ist, werden die Grenzflächen der Batterie mit Openair-Plasma aktiviert. Mit diesem Verfahren wird nicht nur die Qualität in der Batterieherstellung erhöht. Somit wird auch die Leistung und Lebensdauer der Batterien verbessert.