Granulatbasierte Einschritt-Elektrodenproduktionsanlage mit intelligenter Produktionsregelung

Fast 40 % des Energiebedarfs bei der Herstellung von Batteriezellen entfallen auf das Trocknen von lösemittelhaltigen Pasten in der Elektrodenfertigung. Das Ziel des Forschungsprojektes GranuProd ist die lösemittelreduzierte Herstellung von Batterieelektroden, um dadurch den Energie- sowie Flächenbedarf in der Elektrodenherstellung von Lithium-Ionen-Batterien (LIB) zu verringern. Im InZePro-Kompetenzcluster bündeln die führenden Forschungseinrichtungen auf dem Gebiet der Produktion von LIB ihre Kompetenzen, um in gemeinsamen Kooperationsprojekten Wissen und Expertise zu Produktionsprozessen und prozesskettenübergreifenden Zusammenhängen auf- und auszubauen.

Das Projekt GranuProd ist Teil des Kompetenzclusters „Intelligente Batteriezellproduktion“ (InZePro) und wird über drei Jahre gefördert. Ziel des Projekts ist die prototypische Umsetzung einer lösemittelreduzierten Einschritt-Elektrodenproduktion im Pilotmaßstab. Im Vergleich zur klassischen Elektrodenherstellung mit Schlitzdüse sind durch den verringerten Lösemittelanteil die Pasten hochviskos, sodass diese über ein Walzwerk mit mehr als 2 Walzen verarbeitet werden müssen. Dies wird durch eine neue Anlagentechnik realisiert, die die im konventionellen Verfahren notwendigen Prozessschritte Beschichten, Trocknen und Kalandrieren in einem Schritt vereint. Die Produktqualität soll durch eine intelligente Regelung in Kombination mit einem digitalen Zwilling der Anlage gewährleistet werden. Das Projektkonsortium setzt sich neben dem iwb aus Partnern des Instituts für Partikeltechnik (iPAT, TU Braunschweig) sowie des Instituts für Thin Film Technology (TFT, Karlsruhe Institut für Technologie) zusammen.

Das iwb beschäftigt sich vorranging mit der Auswahl und Anbindung von Inline-Sensorik zur Erfassung von Produkteigenschaften bei der lösemittelreduzierten Elektrodenherstellung sowie deren Einbindung in ein intelligentes Regelungsmodell. Die Konzeption und Umsetzung der Regelungsstrategie beinhalten dabei auch neue Ansätze basierend auf Künstlicher Intelligenz. Die Einbindung eines Digitalen Zwillings der Anlage ermöglicht eine weitere Verbesserung der Anlagensteuerung durch eine genaue Vorhersage der Elektrodeneigenschaften. Die Qualität der lösemittelreduziert hergestellten Elektroden wird durch den Bau von großformatigen Zellen (ca. 5 Ah) am iwb validiert und mit Referenzzellen verglichen.