InQuZell – Intelligente Qualitätssicherung und -dokumentation für die laserbasierte zellinterne Kontaktierung

Im Zuge einer nachhaltigen Klimapolitik und mit dem damit einhergehenden Ziel, die Treibhausgas-Emissionen zu reduzieren, steigt die Bedeutung alternativer Antriebskonzepte im Verkehrssektor an. Die Elektromobilität nimmt eine wichtige Rolle im Rahmen der Energiewende ein. Lithium-Ionen-Batterien (LIB, im physikalischen Sinne Akkumulatoren) stellen aufgrund der hohen erreichbaren Energie- und Leistungsdichte eine Kerntechnologie der Elektromobilität dar. Um den steigenden Bedarf an Energiespeichern decken zu können, sind zuverlässige, hochautomatisierte und schnelle Produktionsprozesse, die Produkte höchster Qualität liefern, unabdingbar.

Flexible Prozessführung durch Einsatz der Laserfertigungstechnik

Lithium-Ionen-Batterien werden entlang einer Fertigungskette produziert, die aus einer Vielzahl an zusammenhängenden und aufeinander abgestimmten Einzelprozessen besteht. Die zellinterne Kontaktierung der gestapelten Elektroden erfolgt dabei erst zu einem späten Zeitpunkt in der Prozesskette. Im Forschungsvorhaben InQuZell wird die laserbasierte interne Kontaktierung von LIB adressiert. Dieses Verfahren zeichnet sich durch eine flexible Prozessführung sowie hohe Schweißgeschwindigkeiten aus und ermöglicht einen industriell skalierbaren Kontaktierungsprozess.

Qualitätsüberwachung für eine lückenlose Fertigungsdokumentation

Zunächst wird eine Methode zur Inline-Qualitätsüberwachung und -dokumentation für die Messung der Zwischenproduktqualität während und nach der Kontaktierung erarbeitet. Darüber hinaus leistet diese Methode einen Beitrag zu einer lückenlosen Fertigungsdokumentation sowie einer konstant hohen Endproduktqualität. Die erfassten Daten können genutzt werden, um Qualitätsschwankungen in der Produktion frühzeitig zu erkennen, den Ausschuss signifikant zu reduzieren und wertvolle Ressourcen einzusparen.

Eingliederung in die Produktionskette

Als zweite Säule des Forschungsvorhabens werden Konzepte zur kontinuierlichen Eingliederung der laserbasierten internen Kontaktierung in die bestehende Produktionskette erarbeitet, um so einen Beitrag zur hochflexiblen Batteriezellfertigung zu leisten. Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens ist damit eine ganzheitliche Betrachtung des Kontaktierungsprozesses sowie die Darstellung der Einsatzfähigkeit des laserbasierten Verfahrens in einem Pilotdemonstrator mit einem hohen technologischen Reifegrad. Ein wesentlicher Aspekt ist die Entwicklung einer automatisierten und gleichzeitig flexiblen Spannvorrichtung, welche die definierte Spannung der Folien bei gleichzeitiger Zugänglichkeit für die erforderlichen Sensoriken ermöglicht.

Die gezielte Kombination eines intelligenten Qualitätssicherungssystems auf Basis ausgewählter Prozesssensoren mit einer innovativen Anlagentechnik ermöglicht die Realisierung einer nachhaltigen und qualitativ hochwertigen Batteriezellproduktion am Standort Deutschland.

Danksagung

Das vorgestellte Vorhaben wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) unter dem Förderkennzeichen 03XP0342A gefördert und vom Projektträger Jülich (PTJ) betreut. Wir danken dem BMBF sowie dem PTJ für die gute und vertrauensvolle Zusammenarbeit.