Intelligente Kalandrierung

Die Verdichtung von Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien ist ein entscheidender Prozessschritt zur Erhöhung der volumetrischen Energiedichte und z.B. zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit speziell bei Kathoden. Aus diesem Grund muss dieser Teil der Fertigungskette sowohl auf Produkt- als auch auf Maschinenseite intensiver untersucht werden. Weiterhin ist die Kalandrierung aufgrund von langen Anfahrzeiten ein ausschussintensiver Prozessschritt. Durch sowohl simulationsgestützte Prädiktion von Anlagen- und Maschinenparametern als auch eine Inline-Schichtdickenmessung und Fehlererkennung soll eine Ausschussreduktion durch intelligente Regelung der Maschine erfolgen und somit eine Emissionsreduktion in der Batterieelektrodenfertigung ermöglicht werden.

Das Projekt „InteKal“ beschäftigt sich mit der Kalandrierung von Batterieelektroden, also der Verdichtung zwischen zwei gegenläufigen Walzen. Durch die Entwicklung einer automatischen Prozessüberwachung, -regelung und -steuerung entsteht eine innovative und kostenoptimierte Anlagentechnik. Essentiell für dieses Vorhaben sind die Implementierung von Inline-fähiger Messtechnik zur Schichtdickenmessung und Fehlerbilderkennung sowie eine schnelle und intelligente Verarbeitung der Messdaten. Zur weiteren Unterstützung des Projektzieles werden digitale Zwillinge auf Produkt- und Anlagenseite entwickelt, die sowohl das mechanische Verhalten während der Kalandrierung als auch elektrische und elektrochemische Produkteigenschaften abbilden können. Dies führt zu einer präzisen produkt- und anlagenoptimierten Steuerung des gesamten Produktionsschrittes.

Im Rahmen des Forschungsprojektes „InteKal“ wird durch die Abbildung des Kalandrierprozesses für verschiedene Materialien und Anlagen eine Erhöhung des TRL-Levels von 3 auf 5 angestrebt. Um dieses Ziel zu erreichen, sollen durch die mit Inline-fähiger Messtechnik erhobenen Daten Modelle zur Prädiktion von Produkt- und Anlagenparametern entwickelt werden. Zusätzlich sollen durch eine innovative Anlagensteuerung eine Effizienzsteigerung, eine Erhöhung der Agilität in der Produktion sowie eine Kostenoptimierung erzielt werden. Weiterhin wird der Aspekt der „grünen Batterie“ durch die Entwicklung der digitalen Zwillinge unterstützt, indem der zukünftige materielle Versuchsaufwand durch virtuelle Untersuchungen ersetzt wird. Somit finden eine Reduzierung des Schadstoffausstoßes sowie eine Ausschussreduktion statt.