Här ska Northvolt visa att de klarar tekniken

2019-11-25 06:00  

Inom kort går startskottet för Northvolt. Demoanläggningen i Västerås ska igång före årsskiftet. Svårast blir att säkerställa kvaliteten i varje enskild elektrod.

För ett och ett halvt år sedan fanns här bara en röjd yta i skogen. Då togs det första skoptaget för batterifabriken i utkanten av Västerås.

Nu reser sig flera huskroppar ett 20-tal meter över marken. Blåa byggbodar står uppradade utanför det inhägnade området och överallt pågår intensiv aktivitet.

Här bygger Northvolt sin demo- och utvecklingsanläggning. Tanken är att celler till litiumjonbatterier, skräddarsydda efter önskemål från kunder i till exempel fordonsindustrin, ska tillverkas och utvärderas här i liten skala innan de börjar massproduceras i den stora fabriken i Skellefteå.

– Den här anläggningen blir ett mellansteg mellan prototyptillverkning och serieproduktion. Här kan vi optimera både batterikemin och produktionsprocessen innan vi börjar tillverka många battericeller i Skellefteå, säger presschef Jesper Wigardt.

”Produktionen igång före årsskiftet”

Demoanläggningen i Västerås är också en mindre kopia av fabriken i Skellefteå. Båda anläggningarna ska ha två parallella produktionslinjer, en för cylindriska celler, en för prismatiska celler.

Men Skellefteåfabriken blir ofattbara 25 gånger större än Västeråsanläggningen. Medan anläggningen i Mellansverige tar en yta om 19 000 kvadratmeter i anspråk kommer jättefabriken i Norrland att täcka 500 000 kvadratmeter.

Här i Västerås har Northvolt sagt att produktionen ska dra igång i slutet av 2019. Det är svårt att tänka sig hur det ska gå till, när huvudentrén den här gråkalla novemberdagen fortfarande saknar dörr och byggarbete verkar pågå överallt.

Jesper Wigardt är dock lugn.

– Utrustningen för själva produktionsprocessen är på plats. Så produktionen kommer att gå igång före årsskiftet i liten skala. I mitten av december, skulle jag tippa på. Det känns fantastiskt kul, säger han.

”Måste försäkra oss om noll misstag”

Sedan i våras har dock Northvolt redan kunnat tillverka sina egna battericeller. På andra sidan vägen från byggarbetsplatsen har företaget hyrt in sig i befintliga lokaler, intill ABB:s kontor. Här finns en mindre manuell produktionslina där celler har producerats för att utvärderas av kunder.

Inuti den nya demoanläggningen, på byggarbetsplatsen, råder fotoförbud. Northvolt vill inte riskera att några eventuella affärshemligheter syns på bilderna.

Inne i ren- och torrum arbetar personal klädda i vita overaller med huvor. Tillverkningen är känslig och kan störas av damm, fukt och felaktiga temperaturer. Här mixas slurryn, blandningen som utgör det aktiva materialet i elektroden.

– Det är en delikat procedur där det gäller att ha kontroll på ett stort antal parametrar. Vi måste försäkra oss om noll misstag, berättar William Steel, informatör på Northvolt.

Läs mer: Nikolas superbatteri skakar om branschen

Anod och katod tillverkas parallellt genom att det aktiva materialet stryks ut på en folie och torkas i en drygt 30 meter lång ugn. I cellmonteringsrummet läggs anod och katod ihop i sitt hölje. Här står kartonger på golvet och kabelrullar och skåp samsas om utrymmet. Tillverkningsmaskinerna är övertäckta av plastskynken.

– Installationsfasen pågår fortfarande så maskinerna måste skyddas mot damm, säger William Steel.

Västeråsanläggningen kommer inte att automatiseras i lika stor utsträckning som fabriken i Skellefteå. Medan elektrodens folie kommer att bestrykas på en sida i taget här blir det dubbelbestrykning i ett enda svep i Skellefteå.

Kvalitetskontrollen är det allra svåraste

Battericelltillverkning kräver stor noggrannhet. Små fel kan få stora konsekvenser, vilket till exempel Samsung fick erfara för några år sedan när flera av deras telefoner Galaxy Note 7 började brinna. Bolagets egen utredning visade att en elektrod hade placerats fel och att några batterier hade fått en felaktig svets.

Northvolt betonar att produktionsprocessen kommer att omgärdas av flera kontroller. Till exempel ska kameror med hög upplösning användas för att inspektera det aktiva materialet. Det får inte vara skadat eller hamna utanför det avsedda området på folien.

Det är också kvalitetskontrollen som batteriprofessor Kristina Edström vid Uppsala universitet lyfter upp som det allra svåraste i celltillverkning.

– Det gäller att ha kvalitet på alla olika steg och alla material. Det är viktigt med hög kemisk kvalitet och hög kvalitet på ingenjörskonsten, det vill säga att det aktiva materialet får rätt tjocklek och mängd per kvadratcentimeter, släta ytor och korrekt porositet, säger hon.

Med en väl fungerande kvalitetskontroll ska det gå att säkerställa att cellerna blir identiska, vilket i sin tur leder till en produktion där få celler måste kasseras.

– Det är inte ”rocket science” men det är svårt att få det precis rätt. Det aktiva materialet på den första kilometern av folien ska ha samma tjocklek, kvalitet och täthet som den tionde kilometern. Det är mycket som kan gå fel, det kan räcka med att byta till ett material av samma sort men av en annan kvalitet för att få problem, säger Kristina Edström.

Professor: ”Jag har pressat dem lite”

Hon bedömer dock att Northvolt har förståelse för riskerna.

– Jag har pressat dem lite på det. Min uppfattning är att de är medvetna om vikten av kvalitetskontroll och tänker sig ett helautomatiskt system med laserteknik. De bygger nog upp ett datorbaserat system för att hantera det, säger hon.

Northvolt satsar på att tillverka cylindriska eller prismatiska litiumjonceller i sina båda anläggningar. Några påsceller, som ibland används i mobiltelefoner och bärbara datorer, blir det inte. I alla fall inte enligt dagens plan.

– Det beror på efterfrågan hos kunderna. Trenden hos fordonsindustrin går framför allt mot att använda prismatiska celler medan cylindriska celler lämpar sig väl för att använda bland annat i bärbara apparater, säger Jesper Wigardt.

Så tillverkas litiumjonceller

1. Ingredienserna till det aktiva materialet behandlas och blandas. Detta är den mest energikrävande fasen. Northvolt ska tillverka det aktiva materialet till katoden (som består av nickel, mangan, kobolt och litium) men köpa in materialet till anoden (grafit).

2. Det aktiva materialet till anod respektive katod blandas med bindemedel och lösningsmedel i en så kallad slurry.

3. Slurryn stryks på en tunn folie. För anoden används en folie av koppar, för katoden en av aluminium.

4. Folien leds genom en lång ugn, drygt 30 meter lång, för att det aktiva materialet ska värmas och torkas.

5. Nu har folien aktivt material på ena sidan. Folien rullas ihop och transporteras tillbaka till början av linan för att förses med beläggning även på den andra sidan (i Northvolt Ett i Skellefteå kommer folien att förses med beläggning på båda sidorna i ett och samma processteg).

6. Folien värms och pressas för att beläggningen av aktivt material ska få rätt tjocklek och porositet.

7. Folien skärs i smalare remsor och placeras i vakuumtork för att lösningsmedlet i slurryn ska förångas och den sista fukten drivas ut.

8. I cellmonteringsrummet klipps foliebitarna och anod, katod och separator kombineras i små rullar.

9. Elektrolyt fylls på och rullarna förseglas. Nu är cellen färdig men oladdad.

10. Cellen laddas och laddas ur under så kallade formationscykler. Då bildas den tunna beläggning i gränsskiktet mellan anod och elektrolyt (solid electrolyte interface) som krävs för att cellen ska fungera.

Litiumjonceller kan ha olika format:

Cylindrisk cell: Rullad cell i ett cylinderhölje. Ser ut som ett alkaliskt AA- eller AAA-batteri.

Prismatisk cell: Platt eller rullad cell som omges av ett aluminium- eller stålhölje.

Påscell: Platt cell som saknar metallhölje.

Northvolt bygger flera anläggningar

Just nu byggs battericellfabriken Northvolt Ett i Skellefteå. Finansiering är säkrad för den första etappen, som omfattar en produktionsvolym om 16 GWh i total batterikapacitet per år och beräknas kosta 16 miljarder kronor. Storskalig produktion ska börja 2021.

Nyligen meddelade Northvolt sin avsikt att utöka etapp två från en årsvolym om 16 till 24 GWh batterikapacitet. Dessutom planerar bolaget att söka tillstånd för att tillverka aktivt katodmaterial till den tyska fabriken.

I tyska Salzgitter ska Northvolt och Volkswagen bygga en cellfabrik med årsproduktion om 16 GWh i total batterikapacitet. Fabriken ska producera celler till Volkswagen från 2023 eller 2024.

Demoanläggningen i Västerås heter formellt Northvolt Labs och beräknas kosta drygt en miljard kronor.

Linda Nohrstedt

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt