Prozessentwicklung und Prozessüberwachung

Die Arbeitsgruppe »Prozessentwicklung und Prozessüberwachung« überführt neue Elektrodenmaterialien aus dem Labor in die Pilotfertigung. Dafür kann in vollem Umfang auf das Know-how des Teams im Umgang mit Misch-, Charakterisierungs-, Beschichtungs- und Trocknungstechnologien zurückgegriffen werden. Um die komplette Fertigungskette für Li-Ionen-Batterien und deren Komponenten abbilden zu können, betreibt das Fraunhofer IKTS an seinem Standort in Freiberg das Applikationszentrum Batterietechnologie, das mit einem Trockenraum ausgestattet ist. Auch neue Herstellungsprozesse wie die kalt- und heißplastische Flachfolienextrusion für konventionelle oder polymere Festkörperzellen, stehen im Fokus der Forschung und Entwicklung.

Um Produktionsfehler bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batteriezellen zu minimieren und die hohen Ausschussraten zu reduzieren, ist es unerlässlich, Fehler frühzeitig im Produktionsprozess zu erkennen. So wird verhindert, dass defekte Bauteile weiterverarbeitet werden und unnötige Folgekosten entstehen. Darüber hinaus trägt dies auch zu einer ressourcenschonenden Batterieproduktion bei. In Zusammenarbeit mit den verschiedenen Arbeitsgruppen am IKTS werden neue Prüfverfahren in der Batterieproduktion erprobt und für produktionsintegrierte Prüfsysteme eingesetzt. Zerstörungsfreie Methoden wie Ultraschall, Wirbelstrom, Laser-Speckle-Photometrie, Radiographie und Thermographie werden kombiniert und an die einzelnen Produktionsschritte angepasst. Die Einbindung von KI-gesteuerten Algorithmen erleichtert darüber hinaus die Analyse großer Datensätze und ermöglicht die Identifizierung von Fehlermustern und die Optimierung von Produktionsprozessen.

Leistungsangebot
 

Prozessentwicklung

• Elektrische, elektrochemische und materialanalytische Charakterisierung von Materialien und Komponenten für Li- und Na-Festkörperbatterien und Li-Ionen-Batterien
• Modellgestützte Elektrodenentwicklung und Optimierung nach Kundenspezifikation
• Durchführung von Material- und Beschichtungsversuchen für Elektrodenfolien
• Entwicklung, Erprobung und Optimierung integrierter Fertigungskonzepte für die Elektroden- und Zellherstellung
• Up-Scaling von Laborprozessen und Technologietransfer im Trockenraum
• Machbarkeitsstudien und Beratung im Bereich der Prozessskalierung

Prozessüberwachung

• Entwicklung und Kombination von zerstörungsfreien Prüfverfahren für das Inline-Monitoring von Elektrodenfertigungsprozessen wie Mischung, Trocknung, Kalandrierung und Slitten
• Erprobung von kommerziellen und prototypischen Inline-Prüfsystemen
• KI-basierte Datenauswertung
• Detektion und Klassifizierung von Produktionsfehlern