InduKal – Induktive Erwärmung von Stromkollektorfolien für den Kalandrierprozess in der Lithium-Ionen-Batterieproduktion
Das Forschungsvorhaben InduKal adressiert die Erforschung der komplexen Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge während des Kalandrierprozesses auf die Qualität der Elektroden. Im Forschungsprojekt wird die wissensbasierte und materialbezogene Entwicklung und Prozessgestaltung eines innovativen Randzonenerwärmungsmoduls basierend auf dem Induktionsprinzip für Kalandrieranlagen erforscht. Im Fokus steht die Reduktion von Fehlerbildern und damit eine Kostenersparnis in der Batterieproduktion. Die Möglichkeiten, um Fehlerbildern prozessseitig entgegenzuwirken, sind im Kalandrierprozess eingeschränkt. In bisherigen Forschungsarbeiten wurde die Temperatur der Kalanderwalzen als relevanter Einflussfaktor auf geometrische Fehlerbilder identifiziert. Die Temperaturbehandlung wird im Projekt InduKal zur Reduktion des Fehlerbilds der sogenannten Wrinkles eingesetzt und gezielt erforscht, indem lokal begrenzt Wärme in die metallische Stromkollektorfolie induziert wird. Ziel ist, dass sich die Folie durch das Weichglühen während des Verdichtungsprozesses verstärkt dehnt und kalandrier-induzierte Spannungen abgebaut werden. Eine prozesstechnische Möglichkeit hierfür ist der Einsatz einer induktiven Erwärmung.
Um gezielt Wärme in den unbeschichteten Randbereich der Elektroden einzubringen, werden vor dem Walzspalt Hochfrequenz-Umrichter und Durchlaufinduktoren integriert. Dies ermöglicht die lokale Erwärmung und die gezielte Einflussnahme auf die mechanischen Eigenschaften der Stromkollektorfolie. Das Gesamtziel dieses Vorhabens ist zusammenfassend die Befähigung innovativer Kalandrieranlagen zur ausschussreduzierten Batterieproduktion und die Fertigung von stark verdichteten Elektroden. Dies ermöglicht die Herstellung konkurrenzfähiger Batteriezellen.
Das iwb beschäftigt sich vorranging mit der Prozessauslegung des induktiven Randzonenerwärmungsmoduls durch einen geschlossenen Prozess-Feedback-Loop und der Entwicklung einer Inline-Fehlerbildanalyse mittels Sensorik. Um einen geschlossenen Prozess-Feedback-Loop zu ermöglichen und die Effektivität des induktiven Randzonenerwärmungsmoduls hinsichtlich der Produktqualität zu quantifizieren, ist der Einsatz von Inline-Messtechnik und Offline-Analysen erforderlich. Eine zu starke Erwärmung stellt beispielsweise ein Risiko für die mechanische Beschädigung des Elektrodenmaterials dar, weshalb ein stabiles Prozessfenster durch den zu entwickelnden Prozess-Feedback-Loop ermittelt werden soll.
Danksagung
Das vorgestellte Vorhaben wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) unter dem Förderkennzeichen KK5033605MP4 gefördert und von der AiF Projekt GmbH als Projektträger betreut. Wir danken dem BMWK sowie der AiF für die gute und vertrauensvolle Zusammenarbeit.
Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt beim Autor.
Laufzeit: | 01.10.2024 – 30.09.2026 |
Förderer: | Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) |
Projektpartner: | Himmelwerk Hoch- und Mittelfrequenzanlagen GmbH |
Projektträger: | AiF Projekt GmbH |