Entwicklung einer autonomen Elektrodenbeschichtung
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Florian Denk
Florian Denk, M. Sc., studierte Maschinenbau am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Er ist Wissenschaftlicher Mitarbeiter am wbk Institut für Produktionstechnik des KIT in der Abteilung Leichtbaufertigung.
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Alex Hoffmann
Alexander Hoffmann, M. Sc., studierte Chemieingenieurwesen am KIT. Seit 2021 arbeitet er in der TFT-Gruppe zum Thema Beschichtung von einzel- und mehrlagigen Batterieelektroden.
Katja Höger, M. Sc., studierte Maschinenbau am KIT und dem Institut national des sciences appliquées de Lyon. Sie ist Wissenschaftliche Mitarbeiterin am wbk Institut für Produktionstechnik des KIT im Bereich Qualitätssicherung.
Dr.-Ing. Julius Pfrommer ist Leiter der Forschungsgruppe „Cyberphysische Verteilte Systeme“ an dem IOSB in Karlsruhe.
Matthieu Poyer, M. Sc., studierte Mathematik an der École Normale Supérieure de Lyon (ENS Lyon). Seit 2022 ist er Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung (IOSB) in Karlsruhe.
Dr.-Ing. Philip Scharfer ist Leiter der Arbeitsgruppe Thin Film Technology am KIT. Er beschäftigt sich mit Messmethoden zur Untersuchung der Polymerfilmtrocknung und entwickelt numerische Simulationswerkzeuge für industrielle Trockneranwendungen.
Sandro Spiegel, M. Sc., absolvierte sein Studium im Bereich Verfahrenstechnik am KIT im Jahr 2017. Seither arbeitet er in der TFTGruppe im Bereich Beschichtung von Batterieelektroden hinsichtlich der Optimierung der Randeffekte und der simultan beidseitigen Prozessführung.
Prof. Dr.-Ing. Jürgen Fleischer ist Professor und Institutsleiter am wbk – Institut für Produktionstechnik am KIT im Bereich Maschinen, Anlagen und Prozessautomatisierung.
Prof. Dr.-Ing. Gisela Lanza ist Professorin und Mitglied der Institutsleitung des wbk Instituts für Produktionstechnik am KIT im Bereich Produktionssysteme.
Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Wilhelm Schabel ist Professor am KIT und leitet die Arbeitsgruppe Thin Film Technology. Er wurde 2009 an das KIT berufen und erhielt zahlreiche hochrangige Auszeichnungen für seine wissenschaftlichen Arbeiten zum Thema Filmtrocknung.
Abstract
Produktionslinien für Batterieelektroden bestehen aus hoch produktiven aber starren Prozessen. So können Änderungen nur langsam umgesetzt werden, und eine Reaktion auf neue Bedingungen ist kaum möglich. Im Projekt ReFlexBat (Regelbare Beschichtungseinheit für die flexible Beschichtung von Batterieelektroden) wird deshalb eine autonome Beschichtungseinheit entwickelt, um den Anfahrprozess zu beschleunigen, auf neue Randbedingungen zu reagieren und allgemein den Ausschuss im Beschichtungsprozess zu reduzieren. Bisher erfolgte zum einen die Erarbeitung des Konzepts, zum anderen wurde die notwendige Präzision zum Erreichen der Qualitätsziele bestätigt.
Abstract
Production lines for battery electrodes consist of highly productive but inflexible processes. Thus, changes can only be implemented slowly and a reaction to new conditions is hardly possible. Therefore, in the ReFlexBat project, an autonomous coating unit is being developed to accelerate start-up, respond to new boundary conditions and generally reduce scrap. So far, the concept has been developed and the necessary precision to achieve the quality targets has been confirmed.
Hinweis
Bei diesem Beitrag handelt es sich um einen von den Mitgliedern des ZWFAdvisory Board wissenschaftlich begutachteten Fachaufsatz (Peer-Review).
Förderhinweis
Das diesem Bericht zugrunde liegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung unter dem Förderkennzeichen 03XP0341A gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autor:innen.
About the authors
Florian Denk, M. Sc., studierte Maschinenbau am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Er ist Wissenschaftlicher Mitarbeiter am wbk Institut für Produktionstechnik des KIT in der Abteilung Leichtbaufertigung.
Alexander Hoffmann, M. Sc., studierte Chemieingenieurwesen am KIT. Seit 2021 arbeitet er in der TFT-Gruppe zum Thema Beschichtung von einzel- und mehrlagigen Batterieelektroden.
Katja Höger, M. Sc., studierte Maschinenbau am KIT und dem Institut national des sciences appliquées de Lyon. Sie ist Wissenschaftliche Mitarbeiterin am wbk Institut für Produktionstechnik des KIT im Bereich Qualitätssicherung.
Dr.-Ing. Julius Pfrommer ist Leiter der Forschungsgruppe „Cyberphysische Verteilte Systeme“ an dem IOSB in Karlsruhe.
Matthieu Poyer, M. Sc., studierte Mathematik an der École Normale Supérieure de Lyon (ENS Lyon). Seit 2022 ist er Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung (IOSB) in Karlsruhe.
Dr.-Ing. Philip Scharfer ist Leiter der Arbeitsgruppe Thin Film Technology am KIT. Er beschäftigt sich mit Messmethoden zur Untersuchung der Polymerfilmtrocknung und entwickelt numerische Simulationswerkzeuge für industrielle Trockneranwendungen.
Sandro Spiegel, M. Sc., absolvierte sein Studium im Bereich Verfahrenstechnik am KIT im Jahr 2017. Seither arbeitet er in der TFTGruppe im Bereich Beschichtung von Batterieelektroden hinsichtlich der Optimierung der Randeffekte und der simultan beidseitigen Prozessführung.
Prof. Dr.-Ing. Jürgen Fleischer ist Professor und Institutsleiter am wbk – Institut für Produktionstechnik am KIT im Bereich Maschinen, Anlagen und Prozessautomatisierung.
Prof. Dr.-Ing. Gisela Lanza ist Professorin und Mitglied der Institutsleitung des wbk Instituts für Produktionstechnik am KIT im Bereich Produktionssysteme.
Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Wilhelm Schabel ist Professor am KIT und leitet die Arbeitsgruppe Thin Film Technology. Er wurde 2009 an das KIT berufen und erhielt zahlreiche hochrangige Auszeichnungen für seine wissenschaftlichen Arbeiten zum Thema Filmtrocknung.
Literatur
1 Kumberg, J.; Müller, M.; Diehm, R.; Spiegel, S.; Wachsmann, C.; Bauer, W.; Scharfer, P.; Schabel, W.: Drying of Lithium-Ion Battery Anodes for Use in High-Energy Cells: Influence of Electrode Thickness on Drying Time, Adhesion, and Crack Formation. Energy Technolology 7 (2019) 11, 1900722 DOI:10.1002/ente.20190072210.1002/ente.201900722Search in Google Scholar
2 Klemens, J.; Schneider, L.; Herbst, E. C.; Bohn, N.; Müller, M.; Bauer, W.; Scharfer, P.; Schabel, W.: Drying of NCM Cathode Electrodes with Porous, Nanostructured Particles Versus Compact Solid Particles: Comparative Study of Binder Migration as a Function of Drying Conditions. Energy Technology 10 (2022) 4, 2100985 DOI:10.1002/ente.20210098510.1002/ente.202100985Search in Google Scholar
3 Korthauer, R (Hrsg.): Handbuch LithiumIonen-Batterien. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 2013 DOI:10.1007/978-3-642-30653-210.1007/978-3-642-30653-2Search in Google Scholar
4 Kaiser, J.; Wenzel, V.; Nirschl, H.; Bitsch, B.; Willenbacher, N.; Baunach, M.; Schmitt, M.; Jaiser, S.; Scharfer, P.; Schabel, W.: Prozess- und Produktentwicklung von Elektroden für Lithium-Ionenzellen. Chemie Ingenieur Technik 86 (2014) 5, S. 695–706 DOI:10.1002/cite.20130008510.1002/cite.201300085Search in Google Scholar
5 Kölmel, A.: Integrierte Messtechnik für Prozessketten unreifer Technologien am Beispiel der Batterieproduktion für Elektrofahrzeuge. Zugl.: Dissertation, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Karlsruhe 2016; Shaker Verlag, Aachen 2016Search in Google Scholar
6 Higgins, B.: Slot Die Coating: The Physics of the Viscocapillary Coating Bead. Convertech, March/April 2011Search in Google Scholar
7 Lee, S. H.; Koh, H. J.; Ryu, B. K.; Kim, S. J.; Jung, H. W.; Hyun, J. C.: Operability Coating Windows and Frequency Response in Slot Coating Flows from a Viscocapillary Model. Chemical Engineering Science 66 (2011) 21, S. 4953–4959 DOI:10.1016/j.ces.2011.04.04410.1016/j.ces.2011.04.044Search in Google Scholar
8 Schmitt, M.: Slot Die Coating of Lithium-ion Battery Electrodes. Dissertation, Karlsruher Institut für Technologie (KIT); KIT Scientific Publishing, Karlsruhe 2016 doi.org/10.5445/KSP/1000051733Search in Google Scholar
9 Schmitt, M.; Baunach, M.; Wengeler, L.; Peters, K.; Junges, P.; Scharfer, P.; Schabel, W.: Slot-die Processing of Lithium-ion Battery Electrodes — Coating Window Characterization, Chemical Engineering and Processing: Process Intensification. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification 68 (2013), S. 32–37 DOI:10.1016/j.cep.2012.10.01110.1016/j.cep.2012.10.011Search in Google Scholar
© 2022 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston, Germany
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