Entwicklung intelligenter Formieranlagen zur Optimierung und Diagnose von Zelleigenschaften

Die sich während der Formierung bildenden Grenzschichten (SEI und CEI) sind maßgeblich für die Performanz, Sicherheit und Langlebigkeit einer Batterie entscheidend. Die Formierung ist allerdings ein enorm zeit-, energie- und daraus folgend kostenintensiver Produktionsschritt in der Forschung wie auch in der Industrie. Da die Formierung an Zellchemie und individuelle Zellparameter gebunden ist, ist auch eine individuelle Optimierung der Formierung nötig. Diese individuelle Optimierung kann mittels einer KI realisiert werden. Diese intelligente beschleunigte Formierung kann die Anlaufzeit reduzieren, den Ausschuss an Zellen verringern, kürzere Belegzeiten zur Folge haben und insgesamt zu einer höheren Energieeffizienz, auch beim Endverbraucher, führen.

Anhand der elektrochemischen Zellcharakterisierung verschiedener Batteriegrößen werden im Projekt „InForm“ Daten generiert, mit deren Hilfe Modelle erstellt und mit einer KI verknüpft werden. Damit soll die Formierung anschließend live beeinflusst werden können, um einen möglichst optimalen und effizienten Formierprozess in kürzester Zeit zu ermöglichen. Dabei sollen auch die Formierungen verschiedener Batterietypen der Projektpartner über eine Anbindung an das Modell optimiert werden können. Die Anbindung erfolgt in enger Kooperation mit ThyssenKrupp, das die API (Application Programming Interface) entwickelt hat. Durch ein besseres KI-basiertes Verständnis der Formierung und der ablaufenden Prozesse sowie ihrer Auswirkung auf Qualitätskennwerte der hergestellten Zellen soll die Alterung der Zellen hinsichtlich Entladekapazität und Innenwiderstand verbessert und eine geringere Streubreite in der Zellqualität erzielt werden.

Das Projekt „InForm“ hat das Ziel, eine Beschleunigung des Formierprozesses und der daraus resultierenden Prozesskostensenkung bei gleichbleibender oder optimierter Qualität von Li-Ionen Zellen zu erreichen. Dabei soll während der Formierung eine homogene und hochqualitative SEI bei Formierzeiten von maximal 20h kontrolliert ausgebildet werden, während sämtliche Schädigungsmechanismen wie Li-Plating vermieden werden sollen. Des Weiteren sollen die Streubreite hinsichtlich der Zellqualität und die erreichbare Lebensdauer optimiert und elektrochemische Zelleigenschaften frühzeitig charakterisiert werden, um den Ausschuss in der Zellproduktion zu reduzieren.