InForm

 

Entwicklung intelligenter Formieranlagen zur Optimierung und Diagnose von Zelleigenschaften

Motivation

Maßgeschneiderte Batterien mit automatisierter Qualitätsbeurteilung sind der Schlüssel zu einer intelligenten und hochproduktiven Formierung für eine konkurrenzfähige Batterieproduktion höchster Qualität am Industrie 4.0 Standort Deutschland. Die Formierung einer Lithium-Ionen-Batterie ist der letzte entscheidende Produktionsschritt, welcher maßgeblich über die spätere Leistung, Sicherheit und Langlebigkeit entscheidet. In der Formierung wird die fertig zusammengebaute Batteriezelle zum ersten Mal geladen. Dieser programmierte Formierungszyklus wird einmal oder mehrmals abgefahren. Dabei bilden sich die SEI-Schichten an den Elektroden aus, welche für die späteren Leistungsmerkmale und Lebensdauer der Zelle von großer Bedeutung sind. Anschließend reift die Zelle mehrere Tage oder Wochen. Erst nach dieser Reifung lässt sich abschließend bestimmen, ob die Zelle die entsprechend gewünschte Güte hinsichtlich ihrer Leistungsdaten besitzt. Dies bedeutet, dass die Formierung nicht nur ein entscheidender Prozess für die Qualität der Batteriezelle ist, sondern auch sehr viel Zeit in Anspruch nimmt. Zudem sind die Investitionskosten für entsprechende Lagerkapazitäten, sogenannte Formiertürme, sehr hoch.

Forschungsziele

Der Lehrstuhl Production Engineering of E-Mobility Components (PEM) der RWTH Aachen untersucht gemeinsam mit drei weiteren national führenden Instituten im Rahmen des Projektes InForm die Formierung von Lithium-Ionen-Batterien. Gesamtziel dieses Forschungsprojektes ist die Gestaltung von intelligenten Batterieformationsanlagen zur Beschleunigung, Prozesskostensenkung und Qualitätssteigerung von Lithium-Ionen-Batterien auf Basis von künstlicher Intelligenz (KI) und Digitalisierung in der Produktion. Erreicht werden soll dieses Ziel mittels zweier intelligenter Optimierungskreisläufe. Hierbei wird mittels KI und physikochemischer Modelle aktiv in die Formierung eingegriffen, um positive Langzeiteffekte zu erzielen und einen sicheren Prozess zu gewährleisten. Auf diesem Wege soll gezeigt werden, dass es möglich ist bei verkürzten Prozesszeiten maßgeschneiderte Batterien, z.B. hinsichtlich verbesserter elektrischer Eigenschaften oder Lebensdauer, zu formieren und bedarfsgerechte Formierungsprozeduren beschleunigt zu entwickeln.

Forschungs- und Projektpartner

  • HIU Helmholtz Institut Ulm für angewandte Elektrochemie des Karlsruher Instituts für Technologie (Projektkoordinator)
  • ZSW – Produktionsforschung des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg
  • elenia Institut für Hochspannungstechnik und Elektrische Energieanlagen der TU Braunschweig

Laufzeit

01.03.2021 bis 29.02.2024

Förderkennzeichen

03XP0363B

Zuwendungsgeber

Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Projektträger

Projektträger Jülich (PtJ) | Forschungszentrum Jülich GmbH

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