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Interview zu Varta CoinPower

Mehr Kapazität für längere Laufzeit

10. März 2020, 11:45 Uhr | Hagen Lang

Officer der Varta Microbattery, erklärt, dass die dramatische Steigerung der Energiedichte der CoinPower-Zellen das Resultat vieler Einzelmaßnahmen ist.

Um 30 Prozent erhöht Varta die Energiedichte seiner CoinPower-Lithium-Ionen-Batterien, meldet das Unternehmen. Wie VARTA die Technologie für den boomenden Markt der Hearables ausreizt, erklärt Rainer Hald, Chief Technology Officer von Varta Microbattery, im Interview.

SmarterWorld: Herr Hald, wie schaffen Sie es, die Kapazität Ihrer Zellen nochmals so signifikant zu erhöhen?

Rainer Hald: Das ist eine Kombination vieler Maßnahmen. Um einen solch großen Schritt zu machen, muss man an vielen technologischen Stellschrauben drehen. Das beginnt damit, dass wir das Gehäuse weiterentwickeln. Wir haben hier schon ein einzigartiges Design, bei dem die Dichtung aus einer Folie hergestellt wird. Jetzt wollen wir die beiden Gehäusehälften aus Metall noch dünner machen und dadurch nochmals Raum gewinnen.

Als weiteren Schritt werden wir bei VARTA die Präzision der Produktionsmaschinen erneut erhöhen, damit wir das Innenvolumen für die Elektroden noch besser ausnutzen können. Das heißt, wir werden die Elektroden nochmals vergrößern sowie die Balance von Anode zu Kathode optimieren. Zudem soll der Separator noch dünner werden. Außerdem setzen wir ein verbessertes Kathodenmaterial ein, bei dem wir das sogenannte elektrochemische Fenster, also den Nutzungsbereich der Zelle, ausweiten können. Statt der üblichen 4,2-V-Ladeschlussspannung gehen wir dann auf 4,3 V.

Sie kontrollieren also Entwicklungs- und Herstellungsprozess vollständig.

Die gesamte Entwicklung aller Produkte findet an unserem Hauptstandort in Ellwangen statt – ebenso die Produktion der Zellen. Wir fertigen auf hochautomatisierten Linien und verfügen neben Ellwangen über noch einen weiteren Hauptproduktionsstandort in Nördlingen. Aufgrund des hohen Marktwachstums wird die Produktion in Deutschland kontinuierlich ausgebaut.

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Ihr Know-how in der Produktion und Entwicklung überzeugt große Hersteller von Headsets offenbar.

Wir stellen die Maschinen für den Produktionsprozess der Zellen selbst her. Damit haben wir entsprechende Freiheiten bei der Optimierung des Zellen-Designs. Wenn Sie sich eine herkömmliche Knopfzelle z.B. in einer Uhr vorstellen, dann besitzt die eine gespritzte Dichtung und ist gecrimpt. Dieses mechanische Umformen kostet Volumen. Das war der Grund, warum wir auf Foliendichtungen und noch dünnere Metallteile gewechselt sind. Die Produktionsmaschinen sind genau auf unsere Anforderungen angepasst.

Sie müssen ferner anspruchsvolle Sicherheitstests und Zertifizierungen bestehen, die z.B. Überladungen simulieren. Wenn das Ladegerät einen Defekt hat, die Sicherheitselektronik im Headset defekt ist und ein hoher Strom oder eine hohe Spannung an die Zelle gelangt, wird sie überladen und es bildet sich irgendwann Gas; die Zelle würde sich, wenn man keine Sicherheits-Features hat, irgendwann zerlegen. Hier haben wir ein patentiertes Sicherheits-Design. Per Laser versehen wir im Produktionsprozess den Stromsammler der Kathode, der den Wickel mit dem Gehäuse verbindet, mit einer definierten Verjüngungsstelle. Das nennen wir „Current Interruption Device“.

Wenn die Zelle schädigende Spannung oder Strom erhält, bewegen sich Becher und Deckel der Zelle durch das Gas auseinander, es kommt zu dem sogenannten Swelling der Zelle. Bei unserem patentierten Sicherheits-Design reißt dann diese Verjüngungsstelle im Stromsammler ab, der Stromdurchfluss wird unterbrochen und es wird kein Gas mehr produziert. Weiterhin entweicht das Gas, das bisher produziert wurde, durch drei winzige Löcher schadlos nach außen. Für so ein Design benötigen Sie hochpräzise Herstellungsverfahren.

Sehr wichtig ist bei der Herstellung des Wickels dieser Zellen: Die Anode ist kapazitiv überdimensioniert und auch mechanisch muss sie die Kathode überlappen. Wir sprechen hier von nur 0,1 mm Überlappung, aber dieses Maß muss in der Produktion präzise eingehalten werden. Wenn dies nicht genau eingehalten wird, funktioniert die Zelle zwar zunächst, aber das Lithium findet bei den Lade- und Entladeprozessen bildlich gesprochen den Weg nicht mehr zurück und lagert sich nach einiger Zeit an den Übergangsstellen ab, was zu den sogenannten Lithium-Dendriten führt, die interne Kurzschlüsse verursachen. Die Lebensdauer der Zelle würde erheblich verkürzt.