Batterien sind die Energiespeicher einer nachhaltigen Zukunft. Sie treiben Elektrofahrzeuge an, stabilisieren Stromnetze oder sichern die Versorgung von Industrieanlagen und Privathaushalten. Ohne leistungsfähige, kosteneffizient produzierte Batterien ist die Energiewende nicht denkbar. Entsprechend hoch ist der Druck auf die Hersteller: Der Markt wächst rasant, die Nachfrage steigt und die Innovationszyklen werden kürzer. Wer hier wettbewerbsfähig bleiben will, muss seine Produktion auf höchstem technischem Niveau automatisieren – und zwar in einem Umfeld, das sensibler kaum sein könnte.
Denn Batteriezellen entstehen in Prozessen, die sich an der Grenze des physikalisch Machbaren bewegen: hauchdünne Materialien, mikrometergenaue Positionierung, extreme Anforderungen an Sauberkeit und gleichzeitig hohe Taktzahlen. Jede Abweichung, jeder Partikel, jede minimale Ungenauigkeit kann die Qualität gefährden und am Ende sogar ganze Chargen unbrauchbar machen. Automatisierung in der Zellfertigung heißt deshalb: Prozesssicherheit unter Reinraumbedingungen – und das bei maximaler Effizienz. Drei Erfolgsfaktoren bestimmen, ob das gelingt: Reinheit, Präzision und Produktionsgeschwindigkeit.
Die Sensibilität der Batteriezellfertigung lässt sich an einem Beispiel verdeutlichen: Der Separator, jene hauchdünne Membran zwischen Anode und Kathode, misst lediglich 12 bis 25 Mikrometer. Gelangt ein einzelnes Partikel in diese Schicht, kann es sie durchstoßen und einen Kurzschluss verursachen. Die Zelle wird unbrauchbar, schlimmstenfalls entsteht bei der späteren Nutzung sogar eine sicherheitskritische Situation.
Die gleiche Vorsicht gilt auch für den in der Prozesskette vorgelagerten Arbeitsschritt: das sogenannte Roll-to-Roll-Verfahren. Hier werden die ebenfalls extrem dünnen Anoden- und Kathodenfolien – teils nur 8 bis 18 Mikrometer stark – kontinuierlich über mehrere Meter hinweg beschichtet und weiterverarbeitet. Schon geringste Partikelverunreinigungen oder Temperaturschwankungen können dabei zu Beschichtungsfehlern führen.
Daher findet die Zellmontage ausschließlich unter streng kontrollierten Bedingungen statt. Reinräume verhindern, dass Partikel aus der Umgebung in den Prozess gelangen. Trockenräume schützen empfindliche Elektrodenmaterialien vor Feuchtigkeit. Schon kleinste Spuren von Wasser könnten mit dem Elektrolyt reagieren, chemische Instabilitäten verursachen oder im schlimmsten Fall Brände auslösen. In der Praxis bedeutet das: Luftfeuchtigkeit auf dem Niveau der Antarktis, also Taupunkte von -40 bis -70 Grad Celsius, ist der Standard.
Diese Umgebungen stellen besondere Anforderungen an die eingesetzte Automatisierungstechnik. Bewegte Teile dürfen keine Partikel emittieren, Schmierstoffe müssen auch bei extremer Trockenheit funktionieren und dabei keine chemisch reaktiven Bestandteile enthalten. SCHUNK hat diese Bedingungen von Grund auf in seine Produktentwicklung integriert. Greifer, Spanntechnik und Linearachsen des Unternehmens sind für Rein- und Trockenräume ausgelegt, geprüft und zertifiziert. Die für die Zellfertigung relevanten Komponenten werden im Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA auf Partikelemission getestet.
Das Material spielt in der Batteriezellfertigung eine zentrale Rolle. Kupfer- und zinkhaltige Legierungen sind tabu, weil sie in Verbindung mit den Zellmaterialien Korrosion, den sogenannten Batterierost, auslösen könnten. SCHUNK setzt stattdessen auf Aluminium der Legierung AW7075, das nicht nur hochfest und korrosionsbeständig ist, sondern in Kombination mit einer hochwertigen Eloxierung auch für alle Reinraumanwendungen geeignet ist. Selbst die Schmierstoffe sind speziell ausgewählt: Sie enthalten kein Lithium, um chemische Wechselwirkungen zu vermeiden, und behalten ihre Schmiereigenschaften auch bei minimaler Luftfeuchtigkeit. So wird verhindert, dass unter den extremen Bedingungen eines Trockenraums Verschleiß oder Partikelemissionen entstehen.
Ebenso kritisch wie Partikel und Feuchtigkeit ist der Umgang mit elektrostatischer Aufladung. In der extremen Atmosphäre von Trockenräumen kann sich durch Reibung schnell Spannung aufbauen, die empfindliche Zellkomponenten schädigt oder komplette Chargen zerstört. Deshalb müssen Lösungen für die Zellfertigung so gestaltet werden, dass sie den Anforderungen an den ESD-Schutz gerecht werden. Diese Lösungen unterstützen die definierte Ableitung elektrischer Ladungen und minimieren das Risiko unkontrollierter Entladungen.
Reinheit ist in der Batteriefertigung kein Zusatznutzen, sondern ein grundlegendes Qualitätsmerkmal. Jede Komponente der Automatisierung – vom Greifer über die Linearachse bis zur Spannvorrichtung – wird Teil des Sauberkeitskonzepts.
In kaum einer Branche entscheidet die exakte Lage jedes Bauteils so unmittelbar über Qualität und Ertrag wie in der Batteriezellfertigung. Besonders im sogenannten Stacking-Prozess, bei dem Anoden, Kathoden und Separatoren schichtweise gestapelt werden, sind die Anforderungen enorm. Jede Lage muss exakt positioniert, gegebenenfalls automatisch korrigiert und beim Ablegen fixiert werden. Eine minimale Abweichung genügt, um elektrische oder mechanische Ungleichgewichte zu erzeugen – und die Zelle fällt durch die Qualitätsprüfung. Auch beim Umgang mit sogenannten Jelly Rolls – den aufgerollten Elektrodenpaketen, die in zylindrischen Zellen verwendet werden – sowie Zellstacks, die bei prismatischen Zellen und beim Z-Falten entstehen, ist höchste Präzision gefragt.
Diese empfindlichen Strukturen reagieren sensibel auf Druck, Temperatur und elektrostatische Aufladung. SCHUNK Greifer sind so ausgelegt, dass sie diese Bauteile genau nach Anforderung wie maximaler Flächenpressung oder definiertem Greifbereich sicher bewegen und exakt positionieren können. Die Greiferlösungen arbeiten stets mit minimalem Versatz und höchster Wiederholgenauigkeit. Ausgleichseinheiten kompensieren Fertigungstoleranzen oder Schwingungen, ohne die empfindlichen Zellen zu beschädigen. In den elektromechanischen Spannsystemen sorgen integrierte Sensoren dafür, dass jeder Spannvorgang überwacht und dokumentiert wird – ein entscheidender Vorteil für Rückverfolgbarkeit und Prozesssicherheit.
Auch bei der Bearbeitung spielt Präzision eine zentrale Rolle. Beim Slitting, also dem präzisen Schneiden der Elektrodenfolien, kommt es auf Rundlaufgenauigkeit und minimale Vibration an. Hier setzt SCHUNK auf Hydrodehnspanntechnik, die Werkzeugschwingungen dämpft und Rundlaufabweichungen im Bereich von unter drei Mikrometern ermöglicht. Das garantiert gleichbleibend saubere Schnittkanten und damit reproduzierbare Qualität über Millionen Zellen hinweg.
Präzision in der Batteriezellfertigung bedeutet nicht nur Genauigkeit in einem einzelnen Arbeitsschritt. Sie muss sich durch die gesamte Prozesskette ziehen – vom Coating über das Stacking bis zur Endprüfung. Nur wenn alle Bewegungen, Kräfte und Positionen perfekt aufeinander abgestimmt sind, entsteht am Ende eine Batterie, die zuverlässig, langlebig und sicher ist.
Produktionsgeschwindigkeit – der Wettlauf gegen Kosten und Wettbewerb
Die weltweite Nachfrage nach Batteriezellen wächst rasant. Prognosen gehen davon aus, dass sich der Bedarf bis 2030 vervielfachen wird. Gleichzeitig herrscht intensiver Preisdruck, nicht nur im Automobilsektor. Energieversorger, Gerätehersteller und Speichersystemanbieter konkurrieren um Produktionskapazitäten – wer schneller produziert, hat klare Kostenvorteile.
Die Herausforderung besteht darin, trotz empfindlicher Materialien und winziger Toleranzen eine hohe Taktzahl zu erreichen. Im modernen Stacking werden heute Zykluszeiten von unter 0,4 Sekunden pro Elektroden-Sheet realisiert. Bei mehreren Hundert Lagen pro Zelle summiert sich das zu einem hochdynamischen Prozess, in dem jede Verzögerung spürbare wirtschaftliche Folgen hat.
Doch Geschwindigkeit darf in der Branche auf keinen Fall zulasten der Qualität gehen. Der „Sweet Spot“ liegt dort, wo maximale Dynamik und präzise Kontrolle sich nicht ausschließen, sondern gegenseitig stützen. SCHUNK adressiert dieses Spannungsfeld mit Technologien, die Geschwindigkeit ermöglichen, dabei aber die Stabilität des Prozesses gewährleisten.
Ein Beispiel sind die Lineardirektantriebsachsen, die bei extrem kurzen Zykluszeiten höchste Steifigkeit und Wiederholgenauigkeit bieten. Sie erreichen Geschwindigkeiten, die sonst nur mit pneumatischen Systemen denkbar wären, bleiben dabei aber vollständig elektronisch steuerbar und frei von Druckluftpartikeln – ein klarer Vorteil für die Batteriezellfertigung.
Ebenso entscheidend ist die Rüstzeit. Beim Slitting, dem präzisen Trennen beschichteter Elektrodenbahnen, kommen Schneidklingen zum Einsatz, die regelmäßig gewechselt werden müssen. Dank der Hydrodehnspannwalzen von SCHUNK geschieht das in kürzester Zeit: Werkzeuge lassen sich sekundenschnell lösen und spannen – ohne Nachjustierung. Das reduziert Stillstandzeiten auf ein Minimum und sorgt für maximale Verfügbarkeit der Anlagen.
Darüber hinaus ermöglichen die modularen SCHUNK-Systeme parallele Bearbeitungsstränge – mehrere Zellen können gleichzeitig gehandhabt oder gestapelt werden. Ergänzt durch sensorgestützte Zustandsüberwachung und vorausschauende Wartung lässt sich die Produktionsgeschwindigkeit dauerhaft hochhalten, ohne Qualitätsverluste zu riskieren.
Die Batteriezellfertigung ist das Herz der Energiewende – und gleichzeitig eine der anspruchsvollsten industriellen Disziplinen unserer Zeit. Prozesse müssen extrem sauber, präzise und schnell sein, um qualitativ hochwertige und kosteneffiziente Zellen zu liefern. Automatisierungslösungen, die diesen Dreiklang meistern, sind der Schlüssel zum Erfolg.
SCHUNK hat sich in diesem Umfeld als verlässlicher Technologiepartner etabliert. Mit tiefem Verständnis für die physikalischen, chemischen und mechanischen Anforderungen der Zellfertigung entwickelt das Unternehmen Systeme, die in Rein- und Trockenräumen ebenso zuverlässig funktionieren wie in Hochgeschwindigkeitslinien. Hochwertige Materialien, intelligente Sensorik, präzise Mechanik und modulare Bauweise – all das trägt dazu bei, dass Hersteller weltweit ihre Prozesse stabilisieren und skalieren können.
Damit leistet SCHUNK weit mehr als nur Komponentenlieferung: Das Unternehmen unterstützt die Batterieindustrie auf ihrem Weg zu einer nachhaltigen, effizienten und sicheren Produktion – und wird so zu einem wichtigen Enabler einer klimafreundlichen, wirtschaftlich tragfähigen Zukunft.