DE102012214800A1 - Verfahren zur Reinigung von Batteriezellgehäusen - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Reinigung von Batteriezellgehäusen (10) beschrieben, wobei ein Reinigungsstrahl (40) aus Gas und/oder sublimierbaren Feststoffpartikeln als Strahlmittel mittels einer Vorrichtung zur Strahlerzeugung (42) auf eine zu reinigende Oberfläche (20) des Gehäuses geleitet wird.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Batteriezellgehäusen, insbesondere von Lithium-Sekundärbatterien.
- Stand der Technik
- Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen (beispielsweise bei Windkraftanlagen), in Fahrzeugen (zum Beispiel in Hybrid- und Elektrofahrzeugen) als auch im Consumer-Bereich (zum Beispiel Laptops und Mobiltelefone) vermehrt neue Batteriesysteme zum Einsatz kommen werden, an die sehr hohe Anforderungen bezüglich Zuverlässigkeit, Leistungsfähigkeit und Lebensdauer gestellt werden. Batteriesysteme, basierend auf Lithium-Sekundärbatterien, sind hierfür aufgrund ihrer hohen Energiedichte prädestiniert.
- Einem Bautyp entsprechend ist die eigentliche elektrochemische Zelle von einem metallischen Gehäuse umgeben (sogenannte Hardcase-Zellen). Hardcase-Zellen, welche ein beispielsweise prismatisches oder zylindrisches Metallgehäuse besitzen, werden nicht nur für Lithium-Sekundärbatterien (Lithium-Ionen-Zellen oder Lithium-Polymer-Zellen), sondern auch für andere Zelltypen, wie zum Beispiel Nickel-Metall-Hydrid-Zellen, verwendet.
- Bei dem Verbau in einem Batteriesystem müssen metallische Zellgehäuse gegenüber ihrer Umgebung (zum Beispiel einer benachbarten Batteriezelle, dem Modul- oder Batteriegehäuse) elektrisch isoliert werden. Bisher werden für die elektrische Isolation folgende Verfahren eingesetzt: (Selbstklebende) Isolationsfolien oder Verbundstoffe, Schrumpfschläuche, zum Beispiel aus Polyester, oder Beschichtungen, zum Beispiel Isolationslacke.
- Damit ausreichende Haftung zwischen dem Substrat (Zellgehäuse) und der Isolation besteht, beziehungsweise keine Fremdkörper in die elektrische Isolation mit eingebettet werden, müssen die Substratoberflächen eine hinreichende Sauberkeit aufweisen. Sind die zu isolierenden Substratoberflächen verunreinigt (zum Beispiel Partikel oder Flusen), ist hingegen von einer geringen Haftung auszugehen. Dadurch kann zum Beispiel Feuchtigkeit zwischen die Isolationsschicht und das Metallgehäuse eindringen und die Isolationseigenschaften auf Dauer verschlechtern oder zu Korrosion auf der Zelloberfläche führen.
- Offenbarung der Erfindung
- Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Reinigung von Batteriezellgehäusen bereitgestellt, wobei ein Reinigungsstrahl aus Gas und/oder sublimierbaren Feststoffpartikeln als Strahlmittel mittels einer Vorrichtung zur Strahlerzeugung auf eine zu reinigende Oberfläche des Gehäuses geleitet wird.
- Dieses Reinigungsverfahren ist geeignet, die Metallgehäuse der Batteriegehäuse derart zu säubern, dass eine fehlerfreie elektrische Isolation herstellbar ist, die insbesondere für zylindrische und prismatische Hardcase-Zellgehäuse im Consumer-Bereich, im Automotive-Bereich und bei stationären Batteriesystemen benötigt wird. Dabei können beispielsweise partikel- und/oder flusenartige Kontaminationen der Substratoberfläche (Zellgehäuse, Hardcase) zuverlässig entfernt werden.
- Vorteil ist gegenüber konventionellen Reinigungsverfahren (Reinigung mit Lappen oder Tüchern), dass die Substratoberfläche nicht mit Partikeln kontaminiert wird, dass keine Flüssigkeit in die Substratoberfläche (Zellgehäuse) kriechen kann, dass eine hohe Prozesssicherheit durch beispielsweise einen hohen Automatisierungsgrad erreicht werden kann, dass kurze Prozesszeiten realisierbar sind und dass keine gesundheitsschädlichen Lösungsmittel erforderlich sind.
- Die Reinigung der Substratoberfläche (Zellgehäuse) kommt durch eine kinetische Oberflächenreinigung zustande, die auf einer Gas- oder Festkörperströmung oder auf einer Kombination der beiden genannten Möglichkeiten basiert.
- In einer besonderen Ausführungsform wird das Gas ionisiert, beispielsweise indem es eine Hochspannungsstrecke mit geladenen Nadeln durchströmt.
- Als Vorteil ergibt sich, dass die Reinigungswirkung durch elektrostatische Aufladung des Fluids und/oder Ionisierung erhöht wird, weil das zielgerichtete Auftreffen des Strahlmittels am zu reinigenden Gegenstand weniger Streuverluste erleidet.
- Ferner ist bevorzugt, wenn der Reinigungsstrahl nach dem Auftreffen auf die zu reinigende Oberfläche mittels einer Absaugvorrichtung abgesaugt wird. Vorteilhaft dabei ist, dass durch geeignete Absaug- beziehungsweise Entlüftungsmaßnahmen und eine geeignete Luft- und Strömungsführung die Reinigungsmaßnahme im Sinne der Erfindung sicherstellt, dass abgelöste Kontaminationen nicht erneut Substratoberflächen (Zellgehäuse) kontaminieren.
- Auch ist es denkbar, dass das Strahlmittel Partikel aus Kohlendioxid enthält. Vorteilhaft dabei ist, dass Kohlendioxid nicht elektrisch leitet (keine Kurzschlüsse erzeugt), chemisch inert, ungiftig, umweltneutral und nicht brennbar ist.
- Nach einer vorteilhaften Variante ist die Vorrichtung zur Strahlerzeugung ausgelegt, Kohlendioxid-Schneestrahlen zu erzeugen. Das Kohlendioxid-Schneestrahlverfahren ist ein Druckluftstrahlverfahren, bei dem als Strahlmittel Kohlendioxid-Partikel eingesetzt werden. Wesentliches Merkmal des CO2-Schneestrahlens ist die Verwendung flüssigen Kohlendioxids, aus dem die Feststoffpartikel als Strahlmittel direkt erzeugt werden, so dass eine kontinuierliche Strahlmittelversorgung möglich ist und ein hoher Automatisierungsgrad des Verfahrens erreicht werden kann. Das flüssige Kohlenstoffdioxid wird einem Druckluftstrahl zugeführt und zu einem Schnee/Gas-Gemisch unter CO2-Partikelbildung entspannt. Wenn dagegen das CO2 bereits vor dem Strahlvorgang in fester Form vorliegt, spricht man vom Trockeneisstrahlen.
- Für das CO2-Schneestrahlen sind verschiedene Verfahrensvarianten bekannt, zum Beispiel mittels Einsatzes einer sogenannten Zweistoffringdüse oder durch Verwendung einer Strahldüse mit Agglomerationskammer. Bei der Zweistoffringdüse wird das flüssige Kohlenstoffdioxid am Düsenaustritt auf Umgebungsdruck entspannt. Die entstehenden CO2-Schneepartikel werden durch einen Mantelstrahl aus überschallschneller Druckluft gebündelt und beschleunigt. Durch die geringe kinetische Energie der Partikel ist diese Verfahrensvariante wenig abrasiv und wird daher vor allem für die Reinigung von feinstrukturierten, hochempfindlichen Bauteilen eingesetzt. Beim zweiten CO2-Schneestrahlprinzip wird das flüssige Kohlenstoffdioxid dem Druckluftstrom in einem Entspannungsraum, der sogenannten Agglomerationskammer, zudosiert. Im Vergleich zur Zweistoffringdüse entstehen größere Schneepartikel, die mit der Druckluft in einer nachfolgenden Düse beschleunigt, zu einer deutlich höheren Abrasivität führen.
- Die Vorteile des CO2-Schneestrahlens liegen vor allem in der sehr guten Automatisierbarkeit durch die kontinuierliche Strahlmittelversorgung. Durch die geringere kinetische Energie der Kohlenstoffdioxidpartikeln ist das CO2-Schneestrahlen ein deutlich weniger abrasives Verfahren als das Trockeneisstrahlen.
- Das Batteriezellgehäuse kann ein Zellgehäuse für eine Lithium-Sekundärbatterie sein.
- Zeichnungen
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
-
1 eine Batteriezellgehäuse, dessen Oberfläche mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gereinigt wird. - Ausführungsformen der Erfindung
- In der
1 ist in schematischer Darstellung ein metallisches Zellgehäuse10 (Hardcase) für eine Lithium-Ionen-Batterie mit einer zu reinigenden Oberfläche20 und einer noch ungereinigten Oberfläche30 dargestellt. Die zu reinigende Oberfläche20 wird dazu mit einem Reinigungsstrahl40 unter Zuhilfenahme einer Vorrichtung zur Strahlerzeugung42 angestrahlt. Über eine Absaugeinrichtung50 wird der Reinigungsstrahl40 nach dem Auftreffen auf die zu reinigende Oberfläche20 abgesaugt, um abgetragene Partikel/Schmutzteilchen zu entfernen. - Die Strahlerzeugung
42 erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel an einer Zweistrahlringdüse. Hierbei wird flüssiges Kohlendioxid der Düse kontinuierlich in einer Überdruckleitung zugeführt. Am Ausgang der Düse entspannt sich das flüssige Kohlendioxid adiabatisch und kühlt dabei so stark ab, dass es in eine feste Phase übergeht und somit Feststoffpartikel aus Kohlendioxid bildet. Die nach Austritt aus der Düse gebildeten Partikel aus Kohlendioxid werden durch einen Gasstrahl, welcher durch eine zweite Düsenöffnung strömt, beschleunigt und mitgeführt, so dass ein Gemenge (Schneestrahlen) aus Gas und Kohlendioxid-Partikeln auf das zu reinigende Objekt strömt.
Claims (6)
- Verfahren zur Reinigung von Batteriezellgehäusen (
10 ), dadurch gekennzeichnet, dass ein Reinigungsstrahl (40 ) aus Gas und/oder sublimierbaren Feststoffpartikeln als Strahlmittel mittels einer Vorrichtung zur Strahlerzeugung (42 ) auf eine zu reinigende Oberfläche (20 ) des Gehäuses (10 ) geleitet wird. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gas ionisiert wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Reinigungsstrahl (
40 ) nach dem Auftreffen auf die zu reinigende Oberfläche (20 ) mittels einer Absaugvorrichtung (50 ) abgesaugt wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Strahlmittel Feststoffpartikel aus Kohlendioxid enthält.
- Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Vorrichtung zur Strahlerzeugung (
42 ) ausgelegt ist, Kohlendioxid-Schneestrahlen zu erzeugen. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Batteriezellgehäuse (
10 ) ein Zellgehäuse für eine Lithium-Sekundärbatterie ist.
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2012
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