Batteriezellenfertigung

Nicht zuletzt aufgrund der Energie- und Mobilitätswende und dem damit einhergehenden Wandel hin zur Elektromobilität, nimmt die Nachfrage nach innovativen Batterietechnologien stetig zu.

Das Themengebiet Batteriezellenfertigung des Fraunhofer-Verbund Produktion beschäftigt sich daher mit den Möglichkeiten des Transfers von innovativen Batteriezellkonzepten in industrielle Produkte unter Berücksichtigung neuer und innovativer Produktionsverfahren.

So soll die Zellfertigung von Lithium-Ionen-Batterien durch die Flexibilisierung und Modularisierung der Produktionsanlagen und die Entwicklung neuartiger Konzepte für einen nachhaltigeren Einsatz von Ressourcen vorangetrieben werden.

Von den Ergebnissen des Projektes können sowohl Industrieunternehmen jeglicher Größenordnung als auch Forschungspartner profitieren und Deutschland wird als Technologiestandort im internationalen Wettbewerb langfristig erfolgreich gestärkt.

 

Aktuelles zu Batteriezellenfertigung aus unseren Verbund-Instituten

 

Ein Zwilling kommt selten allein: Digitale Zwillinge in der Batteriezellfertigung

Das Whitepaper »Der Digitale Zwilling in der Batteriezellfertigung« wurde veröffentlicht. Im Fokus stehen der Einsatz und die Potenziale, die digitale Zwillinge in verschiedenen Bereichen der Batteriezellfertigung entfalten können. Zusammen mit acht weiteren führenden Forschungsinstitutionen aus dem »FoFeBat«-Projekt wurde das Konzept Digitaler Zwillinge für die Batteriezellfertigung entwickelt. Dieses unterscheidet zwischen dem digitalen Anlagenzwilling, dem digitalen Produktzwilling und dem digitalen Gebäudezwilling. Das aktuelle Whitepaper beschreibt die praktische Umsetzung des Konzepts an der Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB.

 

Wie steht es um den europäischen Batteriemarkt?

Der Umfeldbericht zum europäischen Innovationssystem Batterie 2022 ist nun erschienen. An ihm wirkten Wissenschaftler*innen der Fraunhofer-Institute IPT und ISI, der Lehrstuhl Production Engineering of E-Mobility Components (PEM) der RWTH Aachen und der Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB mit. Im Fokus des Berichts stehen die aktuellen Entwicklungen und Herausforderungen des europäischen Batteriemarktes, die in vier Kapiteln gegliedert in die verschiedenen Industriefelder der Batteriezellproduktion beleuchtet werden – von der Rohstoffgewinnung, Materialherstellung und Recycling, über den Maschinen- und Anlagenbau und Messtechnik hin zur Zellherstellung. Außerdem werden die Möglichkeiten der Fraunhofer FFB als Transfereinheit zur schnelleren industriellen Einsatzfähigkeit von Prozesstechnologien nachvollzogen.

 

Batteriezellforschung am Standort Münster

Der Aufbau der Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB erfolgt in dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und vom Land Nordrhein-Westfalen geförderten Projekt »FoFeBat«. Ziel des Projekts ist es, eine zentrale Forschungsinfrastruktur zur Befähigung der Industrie für eine ökonomische und ökologische Produktion von Batteriezellen zu errichten. Mit der Fraunhofer FFB soll der Innovations- und Kommerzialisierungsprozess von Produktionstechnologien für bestehende und zukünftige Zellformate beschleunigt werden. Dabei steht der Erfahrungsgewinn im Betrieb einer großskaligen Forschungsfertigung im Vordergrund, um auf diesem Gebiet Kompetenzen auszubauen und Lücken zu schließen.

 

Batterieforschung am Technologiestandort Deutschland: Forschungsfertigung Batteriezelle

Ziel der Forschungsfertigung Batteriezelle am Standort Münster ist es, neuartige Produktionsprozesse für die Batteriezellenfertigung zu entwickeln und so die nachhaltige Nutzung von Ressourcen voranzutreiben.

 

 

Forschungsprojekt »KIproBatt« für Batteriezellfertigung

Im Rahmen des Projektes werden gezielt Fortschritte in der Digitalisierung  und bei der statistischen Datenauswertung angestrebt – unterstützt durch KI.

 

 

Qualität und technische Sauberkeit

Partikuläre Verunreinigungen auf der Elektrodenoberfläche von Lithium-Ionen-Batteriezellen lassen sich mittels aktiver Thermografie erkennen. Fertigungsbedingte Kontaminationen müssen zielgerichtet, effizient und beschädigungsfrei von den Batterieseparatoren entfernt werden.

 

 

 

Industrielle Demontage von Batteriemodulen und E-Motoren DeMoBat

Ziel des Verbundforschungsprojekts ist die Demonstration der Machbarkeit industrieller und automatisierter Demontage von Batteriemodulen und E-Antriebsaggregaten unter Berücksichtigung wirtschaftlicher und regulatorischer Rahmenbedingungen.

 

 

 

DigiBattPro BW - Machbarkeitsuntersuchung für die digitalisierte Batteriezellenproduktion

Innerhalb des Projektes wurde eine Hochleistungsspeicherzelle durch digitalisierte Fertigungsstationen für die Anwendung in kabellosen Elektrowerkzeugen entwickelt.  

 

 

 

AlBaTross – All-Solid-State-Batterien

Im Rahmen des Projektes »AlBaTross« entwickeln die Abteilungen »Beschichtungssystem- und Lackiertechnik« und »Funktionale Materialien« einen skalierbareren Prozess zur Herstellung von All-Solid-State-Batterien. Der Fokus liegt hierbei auf der Modifikation der Grenzfläche zwischen Elektrode und Trockenelektrolyt, welche momentan bei All-Solid-State-Batterien hinsichtlich der Performance eine Schwachstelle darstellt

 

 

 

Forschungsprojekt - Perseus

Im Rahmen des Projektes „Perseus“ wird der Aufbau einer skalierbaren Prozesstechnologie zur Herstellung von binderfreien Elektroden für den Einsatz in Energiespeicheranwendungen basierend auf funktionalisierten Carbon Nanohorns (CNHs) untersucht.

 

 

 

Virtuelle Produktionssysteme in der Batteriezellfertigung zur prozessübergreifenden Produktionssteuerung ViPro

Ziel des Projekts ist der Aufbau eines virtuellen Produktionssystems für die Batteriezellenfertigung.

 

 

 

 

FoFeBat – Forschungsfertigung Batteriezelle Deutschland

Im Rahmen des Projektes »FoFeBat« erfolgt der Aufbau einer Forschungsfertigung für Batteriezellen. Dabei werden alle Produktionsschritte vom Mischen der Elektrodenmaterialien bis zur Formierung der Zellen abgedeckt

 

 

 

 

Low-cost Trockenbeschichtung von Batterieelektroden für energieeffiziente und umweltgerechte Produktionsprozesse (LoCoTroP)

Im Projekt LoCoTroP erfolgt die Entwicklung einer Produktionstechnologie von Batterieelektroden mit einem Trockenbeschichtungsverfahren.

 

 

LiMeS - Lithium-Schwefel-Batterien für die Luftfahrt

Ebenso wie die Flotten der Automobilhersteller müssen auch Flugzeuge zukünftig weniger CO2-Ausstoß bei gleicher Leistung bieten. Im Projekt LiMeS werden Komponenten für leichte Hochleistungsbatterien auf Li-Schwefel-Basis entwickelt.

 

Automotive Battery Recycling 2020 - AutoBatRec2020

Im Forschungsprojekt »Automotive Battery Recycling 2020«, wird daran gearbeitet, ökologisch und ökonomisch vorteilhafte Wege für das effiziente Recycling von Batterien zu identifizieren und für die industrielle Anwendung aufzuskalieren. Die gesamte Recyclingkette soll so verbessert werden, dass die kostbaren Rohstoffe zurückzugewonnen und so für die europäische Industrie gesichert werden.

 

Dezentraler Stromerzeuger auf Brennstoffzellenbasis - ECO-FC Gen

Dieselgeneratoren übernehmen in Entwicklungs- und Schwellenländern oft die lokale Stromversorgung – und pusten Millionen Tonnen Treibhausgase in die Atmosphäre. Um diese Emissionen künftig einzusparen, entwickelt ein Forschungsteam vom Fraunhofer IPA gemeinsam mit der CBC GmbH & Co. KG und der Universität Bayreuth derzeit einen Stromgenerator, der mit Wasserstoff betrieben wird.

 

DigiBattPro 4.0 - BW: Digitalisierte Batterieproduktion 4.0

Das Ziel des Projekts DigiBattPro 4.0 - BW ist die ganzheitliche Digitalisierung einer Batteriezellenproduktion. Durch die Digitalisierung des Gesamtprozesses soll ein signifikanter Beitrag zur Steigerung und Stabilisierung der Produktqualität von Lithium-Ionen Batteriezellen geleistet werden.

 

DigiBattPro 4.0 - BMBF: Digitalisierungslösungen und Materialentwicklung für die Batterieproduktion

Das Projekt hat sich zum Ziel gesetzt die Produktion von Batteriezellen durchgängig zu digitalisieren. Damit sollen nicht nur fehlerhafte Batteriezellen frühzeitig im Prozess erkannt, sondern auch deren Fehlerquellen eindeutig identifizierbar und zukünftig vermeidbar werden. Diese Erkenntnisse sollen ­zukünftig die Grundlage bilden um ein prozessübergreifendes und autonomes Gegensteuern ohne Eingriff des Menschen zu ermöglichen. Basis hierfür bilden die umfangreiche Erschließung und echtzeitnahe Verarbeitung heterogener Datenquellen auf Prozessebene in KI-basierten Modeln.

 

Flexibler Feststoffkreislauf - ZDB 2.0

Ziel ist der Aufbau eines format- und materialflexiblen Feststoffkreislaufs als Teilvorhaben des Förderprojekts Zentrum für Digitalisierte Batteriezellenproduktion (ZDB) 2.0.

 

KSBS - Kreislaufstrategien für Traktionsbatterien in Baden-Württemberg

In einer vom Umweltministerium Baden Württemberg geförderten Untersuchung wurden in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt Kreislaufstrategien für Traktionsbatterien identifiziert und bewertet. Neben der ökologischen Bilanzierung zweier Recyclingprozesse wurden künftig anfallende Mengen an EoL-Batterien innerhalb der Systemgrenze Baden-Württemberg prognostiziert. Weiterhin wurde die Entwicklung relevanter Parameter der Li-Ionen Technologie abgeschätzt um mögliche Auswirkungen auf Kreislaufstrategien abzuleiten.

 

ProDIREC - Direktes Recycling von Produktionsausschüssen

Ziel des Projektes »ProDiREC« ist eine nachhaltigere Nutzung der seltenen Rohstoffe in der Lithium-Ionen-Batterien-Produktion zu ermöglichen. Im Rahmen des Vorhabens wird ein Prozess entwickelt, bei dem der Produktionsausschuss direkt in den Kreislauf zurückgeführt wird.

 

QualiBattBW - Qualifizierungsmaßnahmen Batterieökosystem Baden-Württemberg

Deutschland investiert stark in Batteriezellfertigung, was zu einem Bedarf an Fachkräften und Arbeitsplätzen führt. QualiBattBW will mit modularen Qualifizierungsbausteinen eine exzellente Basis an Fachkräften für die Automobilindustrie aufbauen und ein Beratungskonzept sowie eine Veranstaltungsreihe entwickeln.

 

Solid state rechargeable accumulator launch - SOLIST

Im Fokus des Projekts steht die Entwicklung eines Verfahrens zur Produktion zylindrischer Lithium-Metall Feststoffbatterien mit hoher Energiedichte.

 

Brennstoffzellen smart gefertigt

Wie wird die Fertigung von Brennstoffzellen wirtschaftlich? Im Applikationslabor »Digital Integrierte Produktion (dip)« sollen Lösungen für die Einzel- und Kleinserienfertigung entstehen.

 

Forschungsfertigung Batteriezelle

Ziel der Forschungsfertigung Batteriezelle ist es, den Innovations- und Kommerzialisierungsprozess von Produktionstechnologien für bestehende und zukünftige Zellformate zu beschleunigen. Dabei steht der Erfahrungsgewinn im Betrieb einer großskaligen Fertigung im Vordergrund, um auf diesem Gebiet bestehende Kompetenzlücken zu schließen.

 

 

 

ProZell – Kompetenzcluster zur Batterieproduktion

Ziel des Kompetenzclusters ProZell ist die Verbesserung von Qualität, Produktivität und Nachhaltigkeit in der Zellproduktion und die Etablierung Deutschlands als Leitmarkt.

 

 

FestBatt – Kompetenzcluster für Festkörperbatterien

Festkörperbatterien bieten eine vielversprechende Möglichkeit die Sicherheit und Performance aktueller Batterietechnologien zu verbessern. Da die für Festkörperbatterien benötigten Materialien kaum verfügbar sind, werden in FestBatt die Grundlagen zur Materialherstellung und Verarbeitung geschaffen.

 

 

 

GreenBatt – Kompetenzcluster zu Recycling und Grüner Batterie

Die Batterieproduktion ist ressourcen- und umweltintensiv. Ziel des Kompetenzsclusters ist es, innovative Technologien und Methoden für einen energie- und materialeffizienten Batterielebenszyklus und geschlossene Stoff- und Materialkreisläufe zu entwickeln. Im GreenBat Cluster arbeitet das Fraunhofer IST in den Projekten Action, EVanBatter und S²taR an vielversprechenden Lösungsansätzen.
 

ZESS – Fraunhofer-Projektzentrum für Energiespeicher und Systeme

Ziel ist es, durch das Projektzentrum ZESS eine Forschungs- und Transferplattform zu etablieren, die mobile und stationäre Energiespeicher in die Marktreife führt.

 

 

Fachgruppe Batteriesysteme

Die Fachgruppe Batteriesysteme des Fraunhofer IWU unterstützt Produzenten sowie Anwender vom Batteriedesign über die Integration innovativer Materialien bis hin zur Skalierung effizienter Produktionsprozesse und Refurbishment-Strategien.

 

Größerer Funktionsumfang in weniger Prozessschritten: Das FunTrog-Batteriegehäuse

Ein neues Batteriegehäuse für Elektrofahrzeuge vereint u.a. mechanische und thermische Funktionen in innovativen Materialkombinationen.

 

SafeBat macht Batteriegehäuse in E-Fahrzeugen sicherer und funktionaler

Im internationalen Forschungs­projekt »SafeBat« entwickeln wir gemeinsam mit Partner-Unternehmen ein multifunktionales, hybrides und leichtes Batteriegehäuse, das eine höhere Sicherheit bei Unfällen gewährleistet und in einer verkürzten Prozessroute ökonomischer hergestellt wird als aktuelle Lösungen.

 

COOLBat

Mit Partnern aus Forschung und Industrie demonstriert das Fraunhofer IWU im Projekt »COOLBat«, wie innovative Konstruktionsprinzipien, Materialien und Produktionsverfahren dazu beitragen, Gehäuse für diese Batteriesysteme klimafreundlich herzustellen und zugleich bessere Gebrauchseigenschaften zu integrieren. Im Fokus des Projekts stehen die Entwicklung, Optimierung und Skalierung von Leichtbaumaterialien und -technologien.

 

FutureFlexPro - Batteriemodulbau

Die Zielstellung im Teilprojekt »Batteriemodulbau« des BMBF-Projekts FutureFlexPro lag in der konstruktiven Neugestaltung eines Batteriemoduls unter Berücksichtigung von Zellgeometrie und -anordnung, Thermomanagement, Brandschutz sowie Moduldemontage. Die Konstruktion des Batteriemoduls orientierte sich an Materialien und Fertigungstechnologien der beteiligten Projektpartner Fraunhofer IFAM, IST, IWU und WKI.

 

Aufarbeitung und Wiederverwendung von Batterien

Im Rahmen des Vorhabens soll eine Möglichkeit aufgezeigt werden, wie die Kunststoffe aus Batteriegehäusen unter Beachtung der Wirtschaftlichkeit einer Wiederverwertung zugeführt werden können, sodass gleichzeitig eine neue Einnahmequelle aus der Verwertung der Kunststoffgehäuse generiert werden kann. Dafür werden Konzepte und notwendige Prozessschritte erarbeitet.

 

MARBEL - Modulare und wiederverwendbare Batterien für die E-Mobilität

Langsame Ladezeiten und eine relativ kurze Lebensdauer der Batterien hemmen noch immer die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen beim Endverbraucher. Das MARBEL-Projekt will nun mit einem neuen Batteriedesign die Einführung von Ultra-Hochleistungsbatterien für batterieelektrische Fahrzeuge (BEV) und Plug-in-Hybride (PHEV) auf dem Massenmarkt beschleunigen.

 

EKODA - Kreislaufwirtschaft Batteriezelle

In Zeiten von Ressourcenknappheit, steigenden Kosten und unterbrochenen Lieferketten ist es von großer Bedeutung, möglichst viele noch gebrauchsfähige Bauteile und Baugruppen zu identifizieren und diese schnellstmöglich wieder dem Produktionsprozess zuzuführen. An dieser Stelle setzte das Förderprojekt EKODA (Effiziente und wirtschaftliche kreislauforientierte Demontage und Aufarbeitung) an.