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  • ReFlexBat

    Regelbare Beschichtungseinheit für die flexible Beschichtung von Batterieelektroden

Motivation

Die Produktion von Batterieelektroden stellt nach dem derzeitigen Stand der Technik einen hoch produktiven aber starren Prozess dar. Auf Schwankungen oder sich ändernde Produkte kann nur mit hohem zeitlichem Aufwand reagiert werden. Hier wird bisher auf das manuelle Eingreifen erfahrener Anlagenbediener gesetzt. Während dieser Einstellphase entsteht an den hoch produktiven Anlagen eine enorme Menge an Ausschuss. Um auf Schwankungen und die schnellen Entwicklungen im Batteriezelldesign reagieren zu können, ist es deshalb notwendig, dass die Anlagen über eine autonome Regelung verfügen. Diese Regelung ermöglicht es, auf Änderungen reagieren und schnell eine defektfreie Produktion erreichen zu können. Als besonders kritisch wird der Beschichtungsprozess angesehen. Durch die hohen Qualitätsanforderungen ist ein kleines Produktionsfenster einzuhalten und es wird die Ausgangssituation für alle folgenden Prozesse erzeugt. Deshalb ist eine gleichbleibende und sensortechnisch erfasste Qualität von großer Bedeutung.

Projektgegenstand

In einem ganzheitlichen Ansatz soll im Projekt „ReFlexBat“ aufbauend auf allgemeingültigen Erkenntnissen und Methoden eine hochflexible, selbstregelnde Beschichtungseinheit entwickelt werden, die automatisiert auf variable Prozessbedingungen, z. B. Änderungen der Elektrodenformulierung oder der Nassfilmgeometrie, reagiert und qualitativ hochwertige Batterieelektroden reproduzierbar formatflexibel beschichten kann. Dadurch wird der Anlauf des Beschichtungsschritts deutlich verkürzt. Das Beschichtungsmodul kann beim Chargenwechsel beispielsweise zwischen Elektroden verschiedener Breite oder Pastenzusammensetzung agil und schnell umstellen, ohne dass eine manuelle Einstellung nötig ist. Durch die gewählten Ansätze ist eine Skalierbarkeit unmittelbar gegeben, was zu einer nachhaltigen Stärkung der Innovationspipeline im Rahmen des Dachkonzepts „Forschungsfabrik Batterie“ führt. Das Vorhaben wird durch neuartige Anlagentechnik kombiniert mit datengetriebener Modellierung und state-of-the-art Machine Learning (ML)-Algorithmen realisiert.

Ziele

Ziel ist es, eine schnelle und autonome Einstellung der Prozessparameter zu erreichen und damit den Ausschuss zu reduzieren. Das neu entwickelte Beschichtungsmodul ermöglicht dadurch, insbesondere in der Klein- und Mittelserie, eine nachhaltige Zellproduktion und stellt ein wichtiges Element für die Produktion einer „grünen Batterie“ dar. Auch soll das Prozesswissen des Anlagenbedieners formalisiert und in die Regelung überführt werden, sodass auch unter neuen Produktionsbedingungen ohne zusätzliche Vorversuche, langwierige Anlaufvorgänge oder manuelles Eingreifen eine Beschichtung entsprechend der Qualitätsanforderungen erreicht wird.

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Jürgen Fleischer
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
wbk Institut für Produktionstechnik
Kaiserstr. 12, 76131 Karlsruhe
Tel.: +49 721 608 44009
E-Mail: juergen.fleischer@kit.edu

Projektlaufzeit

01.03.2021-29.02.2024

Themenfeld

KI in der Produktion

Projektpartner

Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
wbk Institut für Produktionstechnik
Kaiserstr. 12, 76131 Karlsruhe
Vertreten durch Prof. Dr.-Ing. Jürgen Fleischer und Prof. Dr.-Ing. Gisela Lanza
www.wbk.kit.edu

Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Thin Film Technology (TFT)
Kaiserstr. 12, 76131 Karlsruhe
Vertreten durch Prof. Dr.-Ing. Wilhelm Schabel
www.tft.kit.edu

Fraunhofer-Gesellschaft
Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung (IOSB)
Geschäftsfeld Automatisierung und Digitalisierung
Fraunhoferstr. 1, 76131 Karlsruhe
Vertreten durch Prof. Dr.-Ing. Olaf Sauer
www.iosb.fraunhofer.de