KritBatt
Elektrodenherstellung: PEM trägt zur Klassifizierung von Beschichtungsfehlern bei
Der Lehrstuhl „Production Engineering of E-Mobility Components“ (PEM) der RWTH Aachen widmet sich mit zwei weiteren Forschungseinrichtungen im Projekt „KritBatt“ der Klassifizierung von Beschichtungsfehlern in der Elektrodenherstellung. Solche während der Produktion bislang auftretenden Mankos mindern die Ausbeute und führen zu hohen Folgekosten. Das Vorhaben ist ein Begleitprojekt des vom Bund geförderten Kompetenzclusters „Analytik/Qualitätssicherung“ (AQua) und soll zur Ermittlung der Kritikalität in der Elektrodenfertigung beitragen.
Bislag keine klaren Kritikalitätskriterien
Bis dato mangelt es an sogenannten Kritikalitätskriterien, die einen Zusammenhang zwischen der Art und dem Umfang der Beschichtungsfehler sowie deren Auswirkungen auf die elektrochemischen Eigenschaften der Elektroden beschreiben, um daraufhin entsprechende Toleranzgrenzen für die Elektrodenfertigung zu definieren. Wegen der Komplexität der Prozesse gibt es derzeit empirische Qualitätsmaßnahmen nur ohne eine klare Korrelation zur Zellperformance. Genau diese Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen müssen allerdings identifiziert werden, um ein effizientes Qualitätsmanagement für die Zellfertigung zu etablieren.
Innovationsmodul für die Prüftechnik in der Elektrodenfertigung
Als bedeutsamen Beitrag dazu soll im Rahmen des „KritBatt“-Projekts ein vorqualifiziertes Laser-Speckle-Photometrie- (LSP-) System zur Vor-Ort-Überwachung der Beschichtungsqualität von Elektrodenfolien weiterentwickelt und mit innovativen Fehlererkennungsmethoden korreliert werden. Die Integration des LSP-Systems in einen Rolle-zu-Rolle-Prozess erreicht damit, ausgehend vom heutigen „Proof of Concept“, einen Technologie-Reifegrad-Wert von etwa 5. Ziel ist ein validierter Prototyp als Innovationsmodul für die Prüftechnik in der Elektrodenfertigung inklusive Datenauswertung für den Transfer in die Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB in Münster.
PEM übernimmt Benchmarking des neuen Verfahrens
Das PEM-Team befasst sich im „KritBatt“-Projekt mit dem Benchmarking des neu entwickelten LSP-Verfahrens auf einer Rolle-zu-Rolle-Anlage durch kommerziell verfügbare optische Prüftechnik. Anschließend sollen beide Verfahren durch den Aufbau von fehlerhaften und nicht-fehlerhaften mehrlagigen Pouchzellen mit hinreichender Statistik validiert werden. Zum Abschluss des Forschungsvorhabens werden darüber akzeptable Toleranzgrenzen mit Blick etwa auf Fehlergröße und -dichte festgelegt, die bei der Weiterverarbeitung der Elektroden eingehalten werden müssen.
Das Projekt
- „KritBatt“: Inline-Klassifizierung von Beschichtungsfehlern zur Ermittlung der Kritikalität in der Elektrodenherstellung
Forschungsziele
- Entwicklung eines gemeinsamen Fehlerkatalogs für den ersten Hauptabschnitt der Batteriezellproduktion (Elektrodenfertigung)
- Verbesserung der Qualitätssicherungsmaßnahmen in der Zellproduktion durch
- Einsatz eines innovativen Inline-Messgerät (Laser-Speckle-Photometrie) zur Erkennung und KI-basierten Klassifizierung der Defekte in der Elektrodenbeschichtung
- Ermittlung der Zusammenhänge zwischen den Prozessparametern und der Defektbildung in der Elektrodenfertigung (Mischen, Beschichten, Trocknen)
- Identifikation der Wirkungsmechanismen der Defekte zur Beurteilung der Kritikalität in der Anwendung
Forschungs- und Projektpartner
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS)
(Projektkoordinator)
PEM der RWTH Aachen
Institut für Werkstoffwissenschaft (IFWW) (TU Dresden)
Laufzeit
- 01.03.2021 bis 29.02.2024
Projektträger
Förderkennzeichen
- 03XP0360C
Zuwendungsgeber