Ziel des DaLion 4.0-Projekts (Data-Mining als Basis cyber-physischer Systeme in der Lithium-Ionen-Batteriezellproduktion) ist es, neue Industrie 4.0-Ansätze für die Produktion von Lithium-Ionen-Batterien zu entwickeln und die Erkenntnisse für eine effizientere Herstellung nutzen zu können.

Das Forschungsprojekt DaLion 4.0 ist in verschiedene Handlungsfelder aufgeteilt und wird von mehreren Industriepartnern unterstützt. Ein Kernaspekt der Forschung ist die Untersuchung und Umstellung des Mischprozesses der Elektrodensuspension vom Batch-Verfahren auf die kontinuierliche Extrusion. Das kontinuierliche Extrusionsverfahren im Doppelschneckenextruder eignet sich hier besonders und bietet zahlreiche Eigenschaften, um eine hohe und reproduzierbare Endproduktqualität zu sichern. Zudem lassen sich mit diesem Verfahren eine größere Materialeffizienz sowie eine optimierte, kosteneffizientere Batteriemassenherstellung erreichen.

Die kontinuierliche Extrusion arbeitet zuverlässig auch bei langen Betriebszeiten und ermöglicht eine sichere Produktion bei der Verwendung von Gefahrstoffen. Die TU Braunschweig nutzt für die Aufbereitung der Elektrodenmassen einen Coperion Doppelschneckenextruder ZSK 18 MEGAlab. Der ZSK Doppelschneckenextruder eignet sich gut für diese Aufgabe, da er mit optimalen Mischeigenschaften ausgestattet und flexibel sowie sicher zu betreiben ist. Zudem ist ein Scale-up auf andere Baugrößen und damit Produktionsmaßstäbe möglich.

In den Extruder integrierte Sensorik liefert Daten für die Prozessoptimierung
Neben der Umstellung des Herstellungsprozesses auf die kontinuierliche Extrusion liegt der Fokus des Projekts auf der Integration von Sensorik im Extruder. Diese soll die benötigten Daten für die Entwicklung der Industrie 4.0-Ansätze liefern. Im Laufe des Projektes ist eine enge Kooperation zwischen der Battery LabFactory, vertreten durch das Institut für Partikeltechnik der TU Braunschweig, und Coperion entstanden. Das Institut für Partikeltechnik erforscht neue, etablierte in-line-fähige Methoden, wie Spektrometrie, Partikelgrößen- und Drehmomentmessungen, um die Qualität der hergestellten Elektrodenmassen kontinuierlich zu überwachen.

Im engen Austausch haben die Partner Anforderungen und Möglichkeiten für die Integration neuer Sensorik abgestimmt. Der Maschinenbauer hat daraufhin erfolgreich einen hochpräzisen Drehmomentsensor in die Anlage integriert, der die Daten nicht nur lokal am Messstand ausgeben, sondern auch automatisiert in ein übergeordnetes Produktionssystem übertragen kann. Dies geschieht über eine Schnittstelle, die das Erstellen von Prozessmodellen zur Optimierung der Batteriemassenproduktion ermöglicht.
„Wir freuen uns, ein solches Forschungsprojekt der TU Braunschweig mit unseren Doppelschneckenextrudern unterstützen zu können. Die kontinuierliche Produktion sowie neue Industrie 4.0-Ansätze werden dazu beitragen, die komplexe Produktion von Batteriemassen zu optimieren und die Herstellung dieses zukünftig noch wichtiger werdenden Produktes zu vereinfachen“, so Markus Schmudde, Leiter Forschung & Entwicklung bei Coperion in Stuttgart. Das Vorhaben DaLion 4.0 – Data-Mini­ng als Basis cyber-physischer Systeme in der Lithium-Ionen-Batteriezellproduktion wird unter dem Förderkennzeichen 03ETE017C vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.

Der Autor: Dr. Anselm Lorenzoni, Sales Manager Battery Extrusion and Chemical Applications, Coperion