Wie moderne Klebstoffe leichtere und effizientere EV-Batterien ermöglichen

Batterien für Elektrofahrzeuge müssen mehr Energie liefern, schneller laden und anspruchsvolle Sicherheitsanforderungen erfüllen – ohne unnötiges Gewicht oder zusätzliche Komplexität.

Dieses Gleichgewicht hängt von mehr als nur der Batterietechnologie ab. Es erfordert auch, dass Ingenieure neu überdenken, wie Zellen, Module und Batteriepakete entwickelt, montiert und geschützt werden.

Hochleistungsfähige Klebstoffe, Vergussmassen und wärmeleitfähige Materialien werden dabei immer wichtiger. Sie können Batteriezellen fixieren, unterschiedliche Materialien miteinander verbinden, das Wärmemanagement unterstützen und Komponenten vor Feuchtigkeit und anderen Umwelteinflüssen schützen.

Im Akkodis Klebstofflabor in Sindelfingen, Deutschland, unterstützen Materialspezialisten Kunden dabei, Klebelösungen für Batterien von Elektrofahrzeugen und andere anspruchsvolle industrielle Anwendungen zu identifizieren, zu testen und zu integrieren.

Warum das Design von EV-Batterien eine Herausforderung für Materialien ist

Die Batterietechnologie für Elektrofahrzeuge hat sich in den vergangenen zwei Jahrzehnten erheblich weiterentwickelt. Moderne Batterien speichern im Verhältnis zu ihrer Masse deutlich mehr Energie als frühere Systeme und ermöglichen Herstellern dadurch, Reichweite und Leistung von Fahrzeugen zu verbessern.

Eine höhere Energiedichte und schnelleres Laden bringen jedoch neue technische Herausforderungen mit sich. Batteriepakete müssen Wärme effektiv ableiten, strukturelle Stabilität gewährleisten und ihre internen Komponenten während der gesamten Lebensdauer des Fahrzeugs schützen.

Auch neue Batteriearchitekturen verändern die Art und Weise, wie Zellen integriert werden. Cell-to-Pack-Konzepte können die Anzahl separater Gehäuse, Kabel und Strukturkomponenten reduzieren und so Möglichkeiten schaffen, Gewicht einzusparen und den verfügbaren Bauraum effizienter zu nutzen.

Hier gewinnen Klebstoffe strategisch an Bedeutung.

Anstatt lediglich zwei Oberflächen zusammenzuhalten, können spezialisierte Klebematerialien mehrere Funktionen gleichzeitig erfüllen:

• Strukturelles Gewicht reduzieren
• Batteriezellen fixieren
• Überschüssige Wärme übertragen
• Elektrische Isolierung gewährleisten
• Gegen Feuchtigkeit abdichten
• Materialintegration unterstützen

Wärmeleitfähige Klebstoffe können Batteriekomponenten miteinander verbinden und gleichzeitig dabei helfen, Wärme zwischen Zellen und Kühlsystemen zu übertragen. Sie können zudem den Bedarf an zusätzlichen Strukturbauteilen reduzieren und so zu leichteren und stärker integrierten Batteriedesigns beitragen.

Wie Klebstoffe zu leichteren Batteriepaketen beitragen

Herkömmliche mechanische Verbindungselemente können zusätzliches Gewicht verursachen, benötigen zusätzlichen Bauraum für die Montage und konzentrieren Kräfte auf bestimmte Verbindungspunkte.

Klebverbindungen verteilen die Lasten über eine größere Oberfläche. Außerdem ermöglichen sie Ingenieuren, unterschiedliche Materialien miteinander zu verbinden, darunter Aluminium, Stahl, Kunststoffe, lackierte Oberflächen und faserverstärkte Verbundwerkstoffe.

Diese Flexibilität ist insbesondere bei Batterien für Elektrofahrzeuge von Vorteil, da zahlreiche Komponenten mit unterschiedlichen mechanischen, elektrischen und thermischen Eigenschaften innerhalb eines kompakten Batteriepacks zusammenwirken müssen.

Je nach Anwendung können Ingenieure Materialien auswählen, die:

• Elastisch oder steif sind
• Elektrisch leitfähig oder isolierend sind
• Wärmeleitfähig sind
• Chemikalienbeständig sind
• Beständig gegen Hitze und Feuchtigkeit sind
• Für die automatisierte Produktion geeignet sind

Die richtige Lösung kann somit gleichzeitig zur strukturellen Integrität, Abdichtung, thermischen Leistungsfähigkeit und Fertigungseffizienz beitragen.

Akkodis unterstützt Kunden im gesamten Bereich Automotive und Transportation, einschließlich Elektromobilität, Batteriesystemen, Energiemanagement, Produktentwicklung und intelligenter Fertigung.

Batteriezellen sicher fixieren, abdichten und kühlen

Oxana Schulz, Managerin des Akkodis Klebstofflabors in Sindelfingen, verwendet einen einfachen Vergleich, um die Rolle von Vergussmaterialien zu erklären.

Stellen Sie sich einen Behälter vor, der mit dicht an dicht angeordneten einzelnen Zellen gefüllt ist. Eine Vergussmasse füllt die Zwischenräume um die Zellen aus und trägt dazu bei, sie in Position zu halten, zu schützen und den Wärmefluss innerhalb des Systems zu steuern.

Wenn eine Zelle beschädigt wird, kann das umgebende Material außerdem dazu beitragen, austretende Stoffe einzudämmen und deren Auswirkungen auf benachbarte Komponenten zu begrenzen.

„Als ich mit der Arbeit an EV-Batterien begann, wogen diese etwa 800 kg und waren im Vergleich zu den 100 kg eines herkömmlichen Verbrennungsmotors echte Schwergewichte“, sagt Schulz. „Heute sind sie deutlich leistungsfähiger und benötigen kürzere Ladezeiten. Ein großer Teil dieser Optimierung wird durch die Materialien ermöglicht, auf die wir spezialisiert sind: Klebstoffe, Haftklebstoffe und Vergussmassen.“

Die thermische Leistungsfähigkeit ist dabei besonders wichtig. Batterien erzeugen beim Laden und im Betrieb Wärme, die effizient von den Zellen abgeführt werden muss.

Wärmeleitfähige Materialien können dabei helfen, einen kontrollierten Wärmeweg zwischen Batteriezellen und Kühleinheiten zu schaffen und gleichzeitig die strukturelle Unterstützung sowie, falls erforderlich, die elektrische Isolierung aufrechtzuerhalten. Ein effektives Wärmemanagement trägt zu Leistung, Lebensdauer und Sicherheit der Batterie bei.

Über mechanische Fügeverfahren hinaus

Mit zunehmender Integration von Batteriesystemen bieten rein mechanische Fügeverfahren möglicherweise nicht mehr die erforderliche Leistung, Flexibilität oder Gewichtseinsparung, die Ingenieure benötigen.

Klebverbindungen können Materialien miteinander verbinden, die sich nur schwer oder gar nicht schweißen oder löten lassen. Zudem können sie die lokale Wärmeentwicklung und mechanische Belastung vermeiden, die mit einigen herkömmlichen Fügeverfahren verbunden sind.

Diese Vorteile geben Ingenieuren mehr Freiheit bei der Entwicklung leichter Strukturen aus unterschiedlichen Materialien.

Dieselben Prinzipien finden weit über Batterien für Elektrofahrzeuge hinaus Anwendung. Klebstoffe werden bereits häufig zum Verkleben von Fahrzeugscheiben eingesetzt und tragen zur Festigkeit der Karosserie bei. Darüber hinaus kommen sie in der Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik, Elektrotechnik, Sensortechnik, im Anlagenbau und in der Möbelherstellung zum Einsatz.

In diesen Branchen können Klebelösungen dazu beitragen:

• Bauteilgewicht zu reduzieren
• Korrosionsrisiken zu minimieren
• Geräusche und Vibrationen zu reduzieren
• Unterschiedliche Materialien miteinander zu verbinden
• Abgedichtete Strukturen zu schaffen
• Komplexe Baugruppen zu vereinfachen

Akkodis vereint branchenübergreifende Expertise und Know-how aus verschiedenen Ingenieursdisziplinen und unterstützt Unternehmen von den ersten Spezifikationen und dem Design über Prototyping und Vorserientests bis hin zur Produktionsoptimierung.

Den richtigen Klebstoff für jede Anwendung auswählen

Es gibt keinen universellen Klebstoff, der für jede Batteriekkomponente, jedes Substrat oder jede Betriebsumgebung geeignet ist.

Die Auswahl des passenden Materials erfordert ein detailliertes Verständnis der gesamten Anwendung, einschließlich:

• Der zu verbindenden Oberflächen
• Thermischer und elektrischer Anforderungen
• Chemischer Belastungen
• Mechanischer Belastungen und Vibrationen
• Temperatur und Luftfeuchtigkeit
• Produktionszykluszeiten
• Anforderungen an Reparatur und Demontage
• Anforderungen an Tests und Validierung

Auch die Oberflächenvorbereitung ist entscheidend. Kunststoff-, Stahl- und Aluminiumgehäuse von Batterien können jeweils unterschiedliche Vorbehandlungsverfahren erfordern, um eine zuverlässige und dauerhafte Klebverbindung zu erzielen.

Anschließend muss der Klebstoff in den übergeordneten Fertigungsprozess des Kunden passen. Ingenieure müssen nicht nur die Laborleistung des Materials berücksichtigen, sondern auch Dosierung, Aushärtung, Bauteilhandling, Qualitätskontrolle und Produktionsdurchsatz.

Diese Betrachtung auf Systemebene unterscheidet eine anwendungsbereite Lösung von einem vielversprechenden Material.

Von der Laborprüfung bis zur Integration in die Produktion

Das Akkodis Klebstofflabor wurde 2014 gegründet, als Reaktion auf die wachsende Nachfrage nach klebstoffbasierten Engineering-Lösungen. Heute beschäftigen sich die Spezialisten mit Klebeherausforderungen für Automobilhersteller sowie für Kunden aus der Sensorik, dem Anlagenbau und anderen Industriebereichen.

Die Arbeit des Labors umfasst den gesamten Prozess der Klebstofftechnik:

Materialauswahl: Experten bewerten potenzielle Klebstoffe, Vergussmassen und thermische Interface-Materialien anhand der technischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung.

Oberflächenvorbehandlung: Das Team legt fest, wie Substrate gereinigt, aktiviert oder anderweitig vorbereitet werden müssen, um eine gleichbleibende Haftung zu erzielen.

Prozessentwicklung: Spezialisten ermitteln, wie das Material innerhalb der Produktionsumgebung des Kunden dosiert, aufgetragen und ausgehärtet werden kann.

Prüfung und Validierung: Es werden speziell entwickelte Prüfverfahren eingesetzt, um nachzuweisen, dass die finale Klebverbindung die erforderlichen mechanischen, thermischen, chemischen und umweltbezogenen Leistungskriterien erfüllt.

Integration in die Fertigung: Der ausgewählte Prozess wird auf die Produktionsanforderungen, Qualitätsvorgaben und den gesamten Ablauf der Batteriemontage abgestimmt.

Diese Kombination aus Materialwissen, Prüfkompetenz und Produktionstechnik hilft Kunden, technische Unsicherheiten zu reduzieren und schneller von der Konzeptphase zur Umsetzung zu gelangen.

Erfahren Sie mehr über unsere umfassenden Kompetenzen in den Bereichen Automotive Innovation, EV-Systeme und Smart Manufacturing.

Die Zukunft der Fertigung klebt

Klebeverbindungen eröffnen Ingenieuren neue Möglichkeiten, Materialien miteinander zu kombinieren, Gewicht zu reduzieren und mehrere Funktionen in einer einzigen Lösung zu integrieren.

Bei Batterien für Elektrofahrzeuge können Klebstoffe und Vergussmassen zur strukturellen Stabilität, Abdichtung, zum Wärmemanagement und zur elektrischen Isolierung beitragen. Ihre Vielseitigkeit macht sie auch für andere Branchen zunehmend relevant, die nach leichteren, effizienteren und stärker integrierten Produkten suchen.

Um diese Vorteile zu realisieren, reicht es nicht aus, ein Produkt aus einem Katalog auszuwählen. Gefragt sind fundierte Kenntnisse über Materialien, Oberflächen, Prozesse und Validierung.

Durch die Verbindung umfassender Engineering-Expertise mit praxisnahen Laborkapazitäten unterstützt Akkodis Kunden dabei, komplexe Anforderungen an Klebverbindungen in robuste und skalierbare Fertigungslösungen zu überführen.