Fraunhofer Research Institution – forskning om effektivare produktion av battericeller
Dualis-2D-visionsgivare från ifm håller ett vakande öga på elektrodtillverkningen
Elektromobilitet är fortfarande på stark frammarsch i hela världen. Bara mellan 2020 och 2023 ökade andelen registrerade elfordon från under fem procent till uppskattningsvis 18 procent – och trenden är tydligt stigande.
Men om den avsedda mobilitetsövergången ska kunna genomföras fullt ut krävs framför allt en sak: ökad kapacitet i tillverkningen av kraftfulla batterier – och det mycket snart. Som länk mellan vetenskap, forskning och industri avser Fraunhofer Research Institution for Battery Cell Production FFB att bidra till att säkerställa att utvecklingen av nya, kraftfulla cellformat påskyndas.
Målet för Europa har fastställts: EU vill spela en viktigare roll på marknaden för battericellsproduktion i framtiden och har satt upp målet att avsevärt förbättra produktionseffektiviteten redan till 2030. Detta inkluderar att minska kassationerna till under fem procent – ett ambitiöst åtagande, som Fabian Kux, forskningsassistent (kvalitetssäkring) vid Fraunhofer FFB, förtydligar: "Kassationsfrekvensen är fortfarande märkbart hög i hela den globala processkedjan för batteriproduktion." Välinställda anläggningar producerar cirka tio procent kasserat material, en procentsats som kan vara ännu högre under uppstartsfasen. "Därför är vårt mål att påskynda tillverkningen av innovativa och framför allt effektiva battericeller", säger Kux.
Kvalitetssäkring med 2D-visionsgivare
FFB tillskriver redan automationstekniken en viktig roll. "En viktig del av vår forskning är att ta reda på hur givarteknik kan bidra till att förbättra produkternas kvalitet och effektiviteten i de enskilda processtegen." Inom ramen för ett gemensamt projekt med ifm testar Kux och hans team bland annat möjligheterna att använda Dualis 2D-visionsgivare. Dualis kontrollerar konturer och ytor och jämför det faktiska tillståndet med målspecifikationen. Detta möjliggör tillförlitlig detektering av de minsta skillnader i detaljer, såsom saknade fästklämmor eller felutformade gängor. Dessutom kan ytmått analyseras, t.ex. i detta specifika användningsfall måtten på den slurry – en pasta av aktiva material, ledande tillsatser, lösningsmedel och bindemedel – som har applicerats. Visionsgivaren identifierar en felaktig applicering på ett tillförlitligt sätt och avger ett felmeddelande. Processen kan då justeras för att undvika ytterligare kassationer och för att upprätthålla en hög produktkvalitet i tillverkningsprocessen. Integreringen av visionsgivaren är mycket enkel: 2D-visionsgivaren kan parametriseras för de flesta användningsfall med hjälp av inlärningsfunktionen i den kostnadsfria ifm Vision Assistant-mjukvaran och dess parametriseringsassistenter samt med några få musklick.
Tre applikationer för Dualis
"I samråd med automationsspecialisten ifm har vi identifierat tre applikaitoner där Dualis kan användas", förklarar Kux. "Den första applikationen handlar om att upptäcka defekter i den nyapplicerade elektrod-slurryn på ytan av filmsubstratet. Föroreningar eller missade områden kommer nämligen att ha en negativ effekt på cellens säkerhet och prestanda och måste därför identifieras som kassationer", säger Kux. "Beläggningens dimensioner kontrolleras samtidigt. I en kontinuerlig appliceringsprocess mäts filmens bredd, och i en intermittent appliceringsprocess mäts även längden."
I början av produktionsprocessen övervakar Dualis-visionsgivaren (O2D5) appliceringen av slurryn. Dubbelsidig övervakning testas också vid Fraunhofer Research Institution.
Alltid exakt lindad
Om båda sidorna av en film ska beläggas används en andra Dualis för att inspektera undersidan.
"I det här fallet måste vi se till att slurryn appliceras på båda sidor i lika stor utsträckning för att garantera den kvalitet som krävs." I det tredje scenariot inspekterar Dualis kanten på filmen och beläggningen. "Våt slurry appliceras på filmen och genomgår sedan en torkningsprocess. Den belagda, torkade elektrodfilmen lindas sedan upp. Annars kan den oregelbundna belastningen skada filmen och beläggningen.
Bild 1: Hål i slurry-beläggningen leder till kassation och det är mycket viktigt att de identifieras. ifm:s Dualis-visionsgivare indikerar denna defekt och bidrar därmed till att hålla kassationsgraden på en minimal nivå.
Bild 2: Dualis identifierar också tillförlitligt ojämnheter eller fickor i den applicerade slurryn, vilket säkerställer kvalitet och hög produktivitet.
Från den digitala tvillingen till batteripasset
Visiongivardata kan inte bara användas för att minska kassationsfrekvensen i ett tidigt skede och säkerställa kvaliteten. Från och med 2026 kommer det att vara obligatoriskt för alla nyproducerade batterier att ha ett batteripass. Detta kommer inte bara att innehålla information om leveranskedjan och de nya eller återvunna råmaterial som använts, utan också om batteriets prestanda och funktionsstatus. "Alla data som givarna registrerar under hela produktionsprocessen kan överföras till den digitala tvillingen. Detta kan sedan användas för att enkelt skapa batteripasset."
Ett bra exempel på ett framgångsrikt samarbete
Fraunhofer FFB befinner sig fortfarande i uppstartsfasen. I framtiden kommer anläggningen i Münster att erbjuda kapacitet för produktion av stora volymer i industriell skala. "Detta är avsett att göra det möjligt för oss att producera batterier med hög genomströmning för att gemensamt testa nya tekniker med partners inom industrin i forskningsprojekt under verkliga förhållanden. Samarbetet med ifm är därför ett bra exempel på hur vi kan testa, optimera och skala upp framtidens tillverkningsteknik för battericeller tillsammans med våra partners.
Slutsats
I samarbete med Fraunhofer Research Institution for Battery Cell Production FFB kan ifm testa sin Dualis 2D-visiongivare i verkliga förhållanden. I framtiden kommer de insikter man får att hjälpa alla: Fraunhofer FFB, ifm, battericellstillverkare och elektromobilitet som helhet.
