Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »DigiDryBatt«
Nachhaltige Beschichtungsverfahren für die Batterieproduktion
Elektromobilität ist umweltfreundlich, weil sie keine schädlichen Abgase verursacht. Doch die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien belastet die Umwelt. Aus diesem Grund beschäftigt sich die Batterieforschung mit neuen Fertigungsprozessen, mit denen sich Ressourcen wie Wasser und Energie einsparen und umweltbelastende Lösungsmittel vermeiden lassen.
Das Dry-Battery-Electrode-Verfahren (DBE) ist ein solcher Ansatz: Mit diesem Verfahren lässt sich das Elektrodenmaterial trocken auf eine Folie aufbringen, anstatt wie bei konventionellen Prozessen lösungsmittelhaltiges Elektrodenmaterial aufzutragen, das dann mit hohem Energie- und Zeitaufwand getrocknet werden muss. Neben Zeit und Energie spart dies durch den Wegfall von Trocknungsöfen auch Platz. Batteriehersteller können die Produktionslinie so kompakter gestalten. Bislang hat sich für die E-Mobilität kein industrieller Serienprozess zur Trockenbeschichtung etabliert. Vor dieser Herausforderung steht nun die Produktionstechnik.
Kontinuierliche Fertigung: Einzeltechnologien in der R2R-Maschine zusammenführen
Im Forschungsprojekt »DigiDryBatt« baut ein deutsch-koreanisches Konsortium eine voll funktionsfähige digitalisierte Produktionsanlage für die industrielle Trockenbeschichtung von Elektroden auf. Diese Rolle-zu-Rolle-Anlage (R2R) verfügt über Inline-Messsysteme und integriert künstliche Intelligenz (KI), um Messdaten und weitere Prozessparameter auszuwerten.
Das Projektteam setzt auf verschiedene Einzeltechnologien und Komponenten für die Trockenbeschichtung von Elektroden: Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS hat eine Trockenelektrodentechnologie entwickelt und unter dem Namen »DRYtraec®« (Dry transfer electrode coating) patentiert. Diese Technologie integrieren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, zusammen mit einer Sensortechnik des Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS in die R2R-Maschine.
Als weitere Komponente der R2R-Anlage integriert das Fraunhofer IPT einen Trockenmixer, den der Projektpartner Nanointech konzipiert hat, in die Anlage. Dem Fraunhofer IPT obliegt die Gestaltung der Maschinenarchitektur. Dafür führt es alle Komponenten und Technologien auf der R2R-Plattform zusammen und nimmt sie Betrieb. Dazu gehören die Integration der Steuerung und ein effizientes Bahnführungskonzept. Das Fraunhofer IPT nutzt dafür seine Expertise im Maschinen- und Anlagenbau, mit der es bereits zahlreiche Sondermaschinen konstruiert, aufgebaut und in Betrieb genommen hat. Die Maschinenarchitektur, die das Fraunhofer IPT entwickelt hat, ermöglicht es, eine Produktionsmaschine flexibel und schnell aus verschiedenen Modulen zu konstruieren und einsatzfähig aufzubauen. Die koreanischen Projektpartner bringen Ihre Kompetenzen im Bereich der Digitalisierung in das Projekt ein: Mithilfe einer KI optimieren sie in Echtzeit die Prozessparameter der R2R-Maschine.
Auftragsfertigung auf dem Vormarsch: Unternehmen profitieren von Foundries
Indem das Projekt »DigiDryBatt« Ressourcen einspart und hier vor allem den Energieverbrauch senkt, unterstützt es Unternehmen dabei, neue europäische Umweltregularien einzuhalten, wie zum Beispiel den EU-Batteriepass, der ab 2027 als Vorgabe für die Batteriefertigung in Kraft tritt. Das Projekt unterstützt außerdem die Bildung sogenannter »Smart Foundries«. Der Begriff stammt aus der Halbleiterindustrie, hat sich aber auch auf andere Branchen ausgeweitet. Foundries ermöglichen es Unternehmen, sich auf das Chipdesign zu konzentrieren, ohne die enormen Investitionen für eigene Produktionsstätten tätigen zu müssen. Dadurch entstehen hochspezialisierte Fertigungsbetriebe, die modernste Technologien nutzen und Skaleneffekte realisieren. Besonders in der Mikroelektronik ist dieses Modell heute unverzichtbar. Ein solches Geschäftsmodell ließe sich auch auf die Batteriefertigung übertragen, um es Unternehmen zu ermöglichen eigene Batteriezellen oder -stacks auch ohne eigene Produktionsstätten herzustellen. Das spart Kosten und macht die Produktion skalierbar.
Projektkonsortium
Projektkoordination: NANOINTECH Co., Ltd
Projektpartner
- Korea Electronics Technology Institute (KETI)
- Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
- COBOTSYS Co., Ltd.
- Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
- Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
Förderhinweis
Fördergeber: Ministry of Trade, Industry and Energy of South Korea (MOTIE)
Förderprogramm: Joint R&D Project of the Global Industrial Technology Cooperation Center (GITCC)
Förderkennzeichen: P0028340
Projektträger: Korea Institute for Advancement of Technology (KIAT)