Ausführliche Beschreibung des Verbundprojektes

Herausforderungen und Ziele

Im Rahmen des Projektes iFaaB sollen Fertigungskonzepte für die möglichst weitgehend automatisierte Herstellung von Batteriezellen für zukünftige PHEV-Fahrzeuggenerationen über neue technologische Entwicklungsansätze entlang der Wertschöpfungskette untersucht werden. Eine produktionstechnische Realisierung dieser speziellen Batterietechnologie ist in Deutschland bisher nicht gegeben.

Durch Vorarbeiten im Projekt ProLiEMo, welches die industrielle Produktionsforschung im Bereich der EV-Anwendungen gefördert hatte, ist die Basis für ein modular aufgebautes integriertes Fertigungskonzept für die automatisierte Massenherstellung von Batteriezellen in Pouch-Technologie gelegt worden. Durch das Projekt soll direkt an diese Erkenntnisse angeknüpft werden.

Im Bereich der Elektroden- und Separatorherstellung kommen verfahrenstechnische Prozesse zum Einsatz, während im Bereich der Zellfertigung fertigungstechnische Problemstellungen adressiert werden. Hier setzt das geplante Verbundprojekt an und betrachtet die Wertschöpfungskette von den Rohstoffen ausgehend bis zur Lithium-Ionen-Zelle. Gesamtziel ist die Entwicklung einer Demonstratorzelle für PHEV-Anwendungen des neuartigen Rahmenflachzellkonzeptes in der 25-Ah-Klasse, die aktuelle Sicherheitsanforderungen nach EUCAR (Hazardlevel ≤ 4) erfüllt. Der signifikante Unterschied bezüglich ihrer Energie- und Leistungsdichte im Vergleich zu EV-Anwendungen besteht für PHEV-Anwendungen in den geforderten Peakbelastungen von 10 bis 15 C. Dies bedingt eine Produkt- und Prozessentwicklung auf Komponenten- und Zellebene sowie die Entwicklung entsprechender Inline-Messtechnik.

Inhalt und Arbeitsschwerpunkte

1. Neuartige Prozesstechnologien für das Gesamtsystem „Zelle“:
Für Zellkomponenten werden neuartige Prozesstechnologien entwickelt wie speziell auf PHEV-Rezepturen abgestimmte Misch- und Knetverfahren für Dispersionen oder die Entwicklung von Beschichtungsverfahren. Die gezielte Einstellung einer von den Herstellprozessen abhängigen Elektrodenstruktur, die sowohl eine hohe Leistungs- und Energiedichte gewährleistet, steht ebenfalls im Fokus des Projektes.
Im Bereich der Zellfertigung stellen sich Fragestellungen in Verbindung mit der Komponentenkonfiguration und des Zelldesigns. Das beinhaltet auch die Unterteilung in automatisierte Prozessschritte, z. B. Umgang mit spannungsführenden Teilen oder in manuelle Arbeiten wie qualitätsbedingte mechanische Nacharbeiten. Der Projektumfang bildet entscheidende Entwicklungsstufen bis zum Proof-of-Concept im Pilot-Maßstab ab.

2. Materialwissenschaftliche Aspekte für das Gesamtsystem „Zelle“:
Hierin sind materialtechnische Fragestellungen zu beantworten, für die es bisher nur wenige Grundlagenuntersuchungen gibt. Werkstoffpaarungen im Bereich der Zellfertigung haben Einfluss auf Schweißen, Siegeln etc. und können zum Kostenfaktor werden, wenn diese Prozesse fertigungstechnisch nicht beherrscht sind. Das gleiche gilt für Ableiterfolien, die sich unter Temperatur- und Zugeinfluss über die Prozesskette verändern können und die Zellalterung beeinflussen können. Großen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit und das Alterungsverhalten der Zelle hat der Elektrolyt, dessen Alterung und Abbauprozesse im Detail analysiert werden.

3. Entwicklung von In-line-Messtechniken:
Neben der Verringerung des Ausschusses über die gesamte Prozesskette ist eine robuste Inline-Messtechnik zur dauerhaften Sicherstellung der Qualität und der Einhaltung von Prozessparametern von hoher Bedeutung. Es wird im Projekt die In-line-Flächengewichtsmessung, die In-line-NMP- und Wassergehaltsmessung sowie die In-line-Fehlererkennung entwickelt.

4. Entwicklung einer erweiterten Produkthygiene:
In vielen Industriezweigen ist die Produkthygiene bereits fest etabliert. Im Bereich der Lithium-Ionen-Technologie wird zumindest in Deutschland gerade begonnen, darauf ein Augenmerk zu legen. Entsprechend sollen Produkthygienekonzepte entwickelt und erste Maßnahmen unter Kostengesichtspunkten umgesetzt werden.

Nutzung der Ergebnisse und Beitrag zur Energiespeicherung

Kurzfristig wird überhaupt erst einmal für den Standort Deutschland die technisch-wissenschaftliche Grundlage für eine wirtschaftliche industrielle Produktion solcher auf die spezifische PHEV-Anwendung angepassten Speichersysteme geschaffen. Neben den unmittelbar beteiligten universitären und industriellen Partnern werden insbesondere auch mittelständisch geprägte Unternehmen aus dem Bereich der Messtechnik oder Anlagen- und Sondermaschinenbaus profitieren.

Aufgrund der hohen Funktionalität der Rahmenflachzelle ist zu erwarten, dass sich aufgrund der reduzierten Komponenten (Zellrahmen, Zellverbinder, …) die Produktionskosten von Batteriesystemen ebenfalls langfristig reduzieren werden – bei gleichzeitig optimierten Energie- und Leistungsinhalten. Die Projektbeteiligten können die gewonnenen Erfahrungen und die im Zuge dessen erarbeiteten Technologien über einen langfristigen Zeitraum für die Entwicklung von Komponenten- und Zellsystemen nutzen. Somit ist zusätzlich zum langfristig angelegten Nutzengewinn des Forschungsvorhabens ein Technologieschub für die nächsten Jahre gegeben.

Für die Entwickler von Komponenten, Messtechnik und Zellen ermöglicht das Vorhaben direkte Rückmeldung der Anwendbarkeit, sowie die die unmittelbare Diskussion neuer Optionen. Sämtliche Investitionen der Universitäten sind für eine wissenschaftliche Nachnutzung über die Projektlaufzeit hinweg geeignet und vorgesehen. Durch das Vorhaben bauen die Universitäten eine nachhaltige Forschungsexpertise auf den Gebieten metallischer Folien, Schichtsysteme, Prozessierung und Alterungsmechanismen von Elektrolyten weiter aus. Dies bildet die Basis für weiterführende Forschungsaktivitäten sowohl im Bereich der Grundlagenforschung als auch in der anwendungsorientierten Forschung. Die beschafften Geräte werden über die Projektlaufzeit hinaus in diesen Forschungsvorhaben genutzt und ermöglichen die Weiterqualifizierung von akademischem Fachpersonal im Rahmen von Forschungsarbeiten. Damit ist eine nachhaltige Sicherstellung des regionalen und überregionalen Fachkräftebedarfs in der zunehmend nachgefragten Branche der Batterietechnik möglich.

Kurzkategorisierung

Energiespeichertypen

Metall-Ionen-Batterien

Anwendungsfelder

mobil

Förderempfänger

Industrie, Forschungs- und Entwicklungseinrichtung

Verbundprojektleiter

Herr Dr. André Mecklenburg
Litarion GmbH
Am Wiesengrund 7
01917 Kamenz

Telefon: +49 3578 3735-9319
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Pressekontakt

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Am Wiesengrund 7
01917 Kamenz
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