Die Lithium-Batterietechnologie geht auf die 1970er Jahre zurück, als frühe Durchbrüche den Grundstein für wiederaufladbare Batterien legten.1 . Die erste kommerzielle Lithium-Ionen-Batterie (LiB) kam erst 1991 auf den Markt, als Sony sie für tragbare Elektronikgeräte vorstellte2 . Das Wachstum im industriellen Maßstab kam erst viel später und beschleunigte sich Mitte bis Ende der 2000er Jahre, als Elektrofahrzeuge (EVs) und Energiespeicher ihren Aufschwung nahmen. Zu dieser Zeit begann auch die Logistik für LiBs, sich in industrieller Weise zu skalieren.
„Mitte der 2010er Jahre bestand die größte Herausforderung im Bereich Verpackung darin, die Vorschriften der Vereinten Nationen für gefährliche Güter (UNDG) einzuhalten und sicherzustellen, dass Sendungen sicher über komplexe internationale Routen transportiert werden konnten“, so Amaury Fruchaud, Global LiB Segment Director bei der Nefab Group. „Verpackungslösungen wurden so konzipiert, dass sie robust waren und Sicherheit und Compliance Vorrang vor Kosteneffizienz, Automatisierungsfähigkeit oder Nachhaltigkeit hatten.“
Was beeinflusst heute die Entscheidungen hinsichtlich der Verpackung von Lithium-Ionen-Batterien?
Wenn Sie heute Verpackungen für Lithium-Ionen-Batterien kaufen, bewegen Sie sich in einer anderen Welt als noch vor fünf oder zehn Jahren.
Das Batterievolumen steigt rapide an, angetrieben durch das exponentielle Wachstum von Elektrofahrzeugen und Energiespeichern.3 . Gleichzeitig wird die Produktion zunehmend automatisiert und die Nachhaltigkeitsanforderungen werden immer strenger.
Für Beschaffungs- und Lieferkettenteams verlagerte sich der Fokus von grundlegendem Schutz hin zu Präzision, Langlebigkeit und Lebenszykluseffizienz.
Mehrere klare Trends prägen die Entscheidungen im Bereich Verpackung:
- Automatisierung wird zur Grundvoraussetzung
Immer mehr Batteriefabriken setzen auf automatisierte Handhabung4 , was bedeutet, dass die Verpackung einheitlich sein muss. Wenn sich Trays verformen, von den festgelegten Maßtoleranzen abweichen oder sich nicht gut stapeln lassen, kann dies zu Störungen in der Produktionslinie oder zu einer Verlangsamung des Materialflusses führen. - Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft
Die Anforderungen an die Nachhaltigkeit werden weltweit immer strenger. Verpackungsentscheidungen werden zunehmend hinsichtlich ihrer Recyclingfähigkeit, Wiederverwendbarkeit und ihrer gesamten Umweltbelastung bewertet.5 . - Schnelles Volumenwachstum
Die Batterieproduktion wächst oft schneller als erwartet. Frühzeitige Entscheidungen hinsichtlich der Verpackung können dieses Wachstum entweder unterstützen oder später kostspielige Neukonstruktionen erforderlich machen.
Die Produktion von Lithium-Ionen-Batterien wird zunehmend automatisiert.
Frühe Lösungen: Schaumstoffschalen
Anfangs wurden für den Versand von Batteriemodulen und -zellen überwiegend Schalen aus expandiertem Polyethylen (EPE) verwendet. Diese Schalen waren kostengünstig in der Herstellung, leicht und boten einen wirksamen Schutz für empfindliche Batteriekomponenten.
Mit zunehmender Batterieproduktion wurden jedoch die Nachteile von Schaumstoff immer offensichtlicher. Im Laufe der Zeit stießen viele Unternehmen auf Probleme:
- Die Schalen haben ihre Form verloren und sind zusammengedrückt.
- Sie halten nicht immer gut und neigen dazu, sich über mehrere Wiederverwendungszyklen hinweg zu zersetzen.
- Große Maßabweichungen erschwerten die automatisierte Handhabung.
- Das Recycling erwies sich als schwierig, uneinheitlich und abhängig von den lokalen Abfallentsorgungssystemen.
Was bei geringem Volumen gut funktionierte, wurde bei großem Umfang oft zu einem Hindernis.
Die Automatisierungstabletts von Nefab werden aus hochwertigen Materialien hergestellt, sind langlebig und behalten auch bei wiederholtem Gebrauch ihre Integrität.
Der Wandel hin zu technischen Kunststoffverpackungen
Mit steigenden Produktionsmengen und zunehmender Automatisierung in Batteriewerken musste die Verpackung mehr leisten als nur den Schutz der Teile während des Transports. Der Fokus verlagerte sich auf Lösungen, die ihre Form behalten, in Wiederverwendungskreisläufen länger halten und auch nach vielen Transporten noch zuverlässig funktionieren.
Aus diesem Grund begannen immer mehr Unternehmen, auf starre Kunststoffverpackungen umzusteigen, insbesondere auf thermogeformte und spritzgegossene Lösungen.
Thermoformte Kunststoffschalen: ein Übergangsschritt
Thermoformen ist ein Verfahren, bei dem eine Kunststofffolie erhitzt und zu einer Form, beispielsweise einer Schale, geformt wird. Für Unternehmen ist es eine attraktive Option, da es:
- Hält besser als Schaumstoff, was die Wiederverwendung unterstützt.
- In der Regel mit kürzeren Vorlaufzeiten als bei komplexeren Werkzeugen
- Reduziert den Materialverbrauch durch recycelte Inhaltsstoffe und Recyclingfähigkeit. Oftmals kann das Material am Ende seiner Lebensdauer wieder aufgearbeitet werden, um neue Schalen herzustellen (innerhalb der „Rücknahmesysteme6 ”).
Allerdings haben thermogeformte Schalen nach wie vor ihre Nachteile. Im Vergleich zu spritzgegossenen Designs sind sie in der Regel weniger präzise und bieten weniger Gestaltungsmöglichkeiten. Je nach Einrichtung kann das Thermoformen auch manueller sein und eine geringere Produktionsleistung als Hochgeschwindigkeits-Formverfahren liefern.
Daher eignet sich das Thermoformen häufig gut für Programme mit mittleren Stückzahlen oder als Übergangslösung während der Produktionssteigerung.
Thermoformen (auch Vakuumformen genannt) beschreibt den Prozess des Erhitzens einer Kunststofffolie. Eine Kunststofffolie wird erhitzt, bis sie weich ist, und dann mithilfe von Unterdruck über eine Form gezogen. Nach dem Abkühlen wird der überschüssige Kunststoff abgeschnitten, um das endgültige Teil zu erhalten.
Spritzgussverpackungen: Für Skalierbarkeit und Automatisierung entwickelt
Für die großtechnische Produktion von Lithium-Ionen-Batterien sind spritzgegossene Kunststoffverpackungen mittlerweile die erste Wahl.
Das Spritzgießen ermöglicht die Herstellung hochpräziser, langlebiger Schalen, die ihre Form behalten und eine gleichbleibende Leistung bieten. Dies sind die wichtigsten Anforderungen für automatisierte Prozesse und Anwendungen mit hohem Durchsatz, bei denen selbst geringfügige Abweichungen zu Verzögerungen führen können.
Aus Sicht des Herstellers liegen die Vorteile auf der Hand:
- Enge Maßtoleranzen, die eine automatisierte Handhabung ermöglichen
- Hohe Haltbarkeit über mehrere Wiederverwendungszyklen hinweg
- Mehr Flexibilität beim Design, einschließlich komplexer Formen und Merkmale
- Einfache Reinigung, wodurch es sich gut für die Closed-Loop-Logistik eignet7
Der größte Nachteil sind die höheren Anschaffungskosten. Bei einer Bewertung unter Berücksichtigung der Gesamtbetriebskosten bieten spritzgegossene Lösungen jedoch häufig eine hohe Rentabilität in Umgebungen mit hohen Stückzahlen, da sie Schäden, Ausfallzeiten und Betriebsschwankungen reduzieren.
An diesem Punkt geht es bei der Entscheidung weniger um die Stückkosten als vielmehr um langfristige Zuverlässigkeit und Effizienz.
Warum die Wahl der Verpackung zu einer strategischen Entscheidung wird
„Es gibt keine einheitliche „beste“ Verpackungslösung für jeden Versand von Lithium-Ionen-Batterien. Was funktioniert, hängt davon ab, wo sich die Produktion derzeit befindet und wie schnell sie skaliert werden muss“, so Amaury. „Programme in der Anfangsphase legen oft Wert auf Flexibilität und geringe Vorabinvestitionen, während größere Betriebe eher auf Langlebigkeit, Wiederholbarkeit für die Automatisierung und Logistikeffizienz setzen.“
Eine gute Verpackungsstrategie reduziert Risiken im Vorfeld, unterstützt einen reibungsloseren Tagesbetrieb und vermeidet kostspielige Neugestaltungen in der Zukunft.
Wir sparen Ressourcen in den Lieferketten für eine bessere Zukunft.
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