QS-Zell 2017-10-12T13:41:29+00:00

Entwicklung, Integration und Validierung innovativer Prozesse und QS-Methoden in der Produktion großformatiger Lithium-Ionen-Zellen (QS-Zell)

Projektlaufzeit:
01.08.2016 – 31.07.2019

Institute:

  • ZSW – Produktions- und Prozessforschung (ECP)
  • Lehrstuhl Computergestützte Statistik
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Partner:

Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg
Technische Universität Dortmund

Eine der größten Herausforderungen in der Batteriezellproduktion ist die Steigerung der Qualität bei gleichzeitiger Kostensenkung. Die Herstellung von Batteriezellen stellt eine Abfolge komplexer Einzelprozesse dar, die sich in sehr unterschiedlicher Art und Weise auf die Gesamtqualität auswirken können. Insbesondere großformatige Lithium-Ionen-Zellen sind bei kleinsten Fehlern in der Herstellung sehr störanfällig. Über die genauen Auswirkungen der Einzelprozesse auf die Gesamtqualität wird häufig nur gemutmaßt, da oftmals Unwissenheit über die relevanten Prozessparameter und ihre Toleranzen herrscht oder bereits bekannte Einflussparameter nicht zuverlässig nachgewiesen werden können. Hier setzt das Verbundprojekt QS-Zell an: Im Projekt wird eine deutliche Verbesserung von Lithium-Ionen-Zellen im Hinblick auf Leistungsfähigkeit, Qualität und Produktionskosten angestrebt.

Dies soll durch die Entwicklung von effizienten, ressourcenschonenden Herstellverfahren und durch die Entwicklung, Programmierung und Implementierung eines wirksamen, übergreifenden Qualitätssicherungskonzepts entlang der gesamten Wertschöpfungskette erreicht werden. Dabei wird schlussendlich das Ziel verfolgt, Qualitätsschwankungen, Ausschussraten und Kosten in der Herstellung von Lithium-Ionen-Zellen zu reduzieren. Ein wichtiger Aspekt dieses Projekts ist die Nutzung der Forschungsproduktionsanlage (FPL) als wissenschaftliche Referenz- und Integrationsplattform. Die Ergebnisse der verschiedenen Verbundvorhaben des „Kompetenzcluster ProZell“ sollen ebenfalls zusammengeführt und an einem Batteriezellformat (PHEV-1) im industrienahen Maßstab validiert werden.

Das Vorhaben QS-Zell erforscht die qualitätsrelevanten Kernprozesse und QS-Methoden zum Kalandrieren, Nachtrocknen, Befüllen und Formieren an industrierelevanten Materialbeispielen und verbessert diese weiter. Mit den verbesserten Prozessen sollen PHEV1-Zellen an der Forschungsproduktionslinie (FPL) in Ulm hergestellt und der Entwicklungsfortschritt anhand von Leistungsdaten und Tests bewertet werden. Durch statistische Analysen sollen relevante Einstellgrößen identifiziert, Prozessmodelle entwickelt und ein Qualitätssicherungskonzept aufgebaut werden. Mit den Ergebnissen soll ein wichtiger Beitrag für den Aufbau einer wirtschaftlichen und nachhaltigen Batteriezellproduktion in Deutschland geleistet werden.