Forschungsprojekt AgiloBat2

Die Batteriezellproduktion ist heute noch stark durch spezialisierte und starr verkettete Produktionslinien geprägt. Dadurch lassen sich neue Zellformate, alternative Materialsysteme oder kleine und mittlere Stückzahlen nur mit hohem Umrüst- und Entwicklungsaufwand realisieren. Im Projekt AgiloBat2 wurde daher ein agiles Produktionssystem für die flexible Herstellung von Pouch-Zellen entwickelt, das format-, material- und stückzahlflexibel betrieben werden kann. Die Produktionsanlage basiert auf modularen Prozessschritten und lokalen Microenvironments, um feuchteempfindliche Batteriematerialien ohne großflächige Trockenräume verarbeiten zu können.

Das Fraunhofer ICT bearbeitete im Projekt zwei zentrale Bausteine einer flexiblen und digital unterstützten Batteriezellfertigung: die Implementierung einer flexiblen Sprühbeschichtung als Produktionsmodul sowie den Aufbau einer Datenbank- und Softwareinfrastruktur für Prozessdatenmanagement, Qualitätssicherung und Nachverfolgbarkeit. Die Sprühbeschichtung ermöglicht die individuelle Abscheidung unterschiedlicher Batteriekomponenten, darunter Elektroden, Separatoren, polymere Festelektrolyte und Schutzschichten. Im Projekt wurden verschiedene Anoden- und Kathodenmaterialien sowie polymerbasierte Schichten verarbeitet, geeignete Sprühparameter ermittelt und die resultierenden Schichten strukturell und elektrochemisch charakterisiert.

Parallel dazu entwickelte und validierte das Fraunhofer ICT die Datenbanksoftwares »Collect« und »Mind« weiter. Mit »Collect« wurden Inline-, Offline-, Sensor-, Analyse-, EOL- und Produktionsdaten aus den Anlagen erfasst, standardisiert und zentral gespeichert. »Mind« verknüpft diese Daten logisch mit Materialien, Prozessen, Produkten, Proben und Messungen und stellt sie für Auswertung, Visualisierung, Prozesskettenbetrachtung und Qualitätssicherung bereit. Über Schnittstellen, u. a. zu OPC-UA-Servern und Simulationswerkzeugen, konnten reale Produktions- und Qualitätsparameter mit Sollwerten, Prozessketten und digitalen Zwillingen verknüpft werden.

Damit leistet AgiloBat2 einen Beitrag zur Digitalisierung und Flexibilisierung der Batteriezellproduktion. Die Kombination aus agiler Anlagentechnik, flexibler Sprühbeschichtung und datenbasierter Qualitätssicherung ermöglicht eine bessere Nachverfolgbarkeit der Prozesskette, eine effizientere Auswertung von Produktions- und Prüfdaten sowie die Grundlage für zukünftige KI-gestützte Prozessoptimierung. Besonders für kleine und mittlere Stückzahlen, neue Zellchemien und kundenspezifische Zellformate eröffnet dieser Ansatz neue Möglichkeiten für Forschung, Technologietransfer und industrielle Anwendung.

Ziele und Aufgaben des Fraunhofer ICT

• Aufbau, Inbetriebnahme und Validierung einer flexiblen Sprühbeschichtung als Modul für die Batteriezellproduktion
• Entwicklung geeigneter Sprühparameter für Elektroden, Separatoren, polymere Festelektrolyte und Schutzschichten
• Entwicklung und Anpassung der Datenbanksoftwares „Collect“ und „Mind“ für die Batteriezellproduktion
• Erfassung, Standardisierung, Visualisierung und Verknüpfung von Prozess-, Sensor-, Analyse-, EOL- und Produktionsdaten
• Anbindung der Produktionsanlagen und Datenquellen über Schnittstellen, u. a. OPC UA
• Definition und Umsetzung von Quality Gates sowie Unterstützung von Qualitätssicherung, Nachverfolgbarkeit und datenbasierter Prozessoptimierung