Intelligente Qualitätssicherung und -dokumentation für die laserbasierte zellinterne Kontaktierung

Lithium-Ionen-Batterien (LIB) werden entlang einer Fertigungskette produziert, die aus einer Vielzahl an zusammenhängenden und aufeinander abgestimmten Einzelprozessen besteht. Die zellinterne Kontaktierung der gestapelten Elektroden (Hardcase-Zellen und Pouch-Zellen) erfolgt erst zu einem späten Zeitpunkt innerhalb dieser Prozesskette. Im Sinne eines nachhaltigen und ressourceneffizienten Umgangs mit den eingesetzten Halbzeugen sowie einer Reduktion der Ausschusskosten ist eine stabile und prozesssichere Kontaktierung erforderlich. Aufgrund der kontinuierlichen Erweiterung der Einsatzbereiche von LIB, der Variantenvielfalt hinsichtlich der Zellformate und der stetigen Weiterentwicklungen von Batteriezellen werden geometrie- und stückzahlflexible sowie skalierbare Fertigungsverfahren benötigt. Im Forschungsvorhaben „InQuZell“ wird die laserbasierte interne Kontaktierung von LIB thematisiert. Dieses Verfahren zeichnet sich durch eine flexible Prozessführung sowie hohe Schweißgeschwindigkeiten aus und ermöglicht einen industriell skalierbaren Kontaktierungsprozess.

Im Rahmen des Projekts „InQuZell“ wird eine Methode zur Inline-Qualitätsüberwachung und -dokumentation für die Messung der Zwischenproduktqualität während und nach der laserbasierten Kontaktierung erarbeitet. Diese Methode leistet einen Beitrag zu einer lückenlosen Fertigungsdokumentation und trägt zu einer konstant hohen Endproduktqualität bei. Die während des Schweißprozesses erfassten Daten können genutzt werden, um Qualitätsschwankungen in der Produktion frühzeitig zu erkennen, den Ausschuss signifikant zu reduzieren und wertvolle Ressourcen einzusparen. Als zweite Säule des Projekts werden Konzepte zur kontinuierlichen Eingliederung der laserbasierten internen Kontaktierung in die bestehende Produktionskette erarbeitet, um so einen Beitrag zur hochflexiblen Batteriezellfertigung zu leisten. Ein wesentlicher Aspekt ist die Entwicklung einer automatisierten und gleichzeitig flexiblen Spannvorrichtung, welche eine definierte Spannung der Folien bei gleichzeitiger Zugänglichkeit für die erforderlichen Sensoriken ermöglicht. Zudem werden Konzepte zur kontinuierlichen Eingliederung der laserbasierten internen Kontaktierung in die bestehende Produktionskette erarbeitet.

Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens ist eine ganzheitliche Betrachtung des laserbasierten Kontaktierungsprozesses. Dabei wird ein System zur Prozessüberwachung aufgebaut mit dem Ziel, die Nahtqualität inline zu bewerten. Weiterhin soll die Einsatzfähigkeit des betrachteten Verfahrens in einem Pilotdemonstrator mit einem hohen technologischen Reifegrad dargestellt werden. Hier wird auch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens im Hinblick auf alternative Fügeverfahren evaluiert. Die gezielte Kombination eines intelligenten Qualitätssicherungssystems auf Basis ausgewählter Sensoren mit einer innovativen Anlagentechnik trägt zu einer nachhaltigen und qualitativ hochwertigen Batteriezellproduktion am Standort Deutschland bei.