Batterieproduktion

• Gestaltung und Bewertung resilienter Produktionsnetzwerke und Supply Chains
• Planung wertstromorientierter, wandlungsfähiger und energieeffizienter Fabriken
• Auslegung energieeffizienter Anlagen für die Prozess- und Fabrikinfrastruktur
• Konzeption klimafreundlicher Energieversorgungskonzepte für Produktionsstandorte
• Auslegung von bedarfsgerechter Rein-, Sauber- und Trockenraumtechnik
• Gestaltung von Minienvironments für die Batteriezellenproduktion
• Entwicklung von Handhabungs- und Logistiklösungen für Rein- und Trockenräume
• Entwicklung automatisierter Montagelösung für die Batteriefertigung (Modul, Pack)

• Unterstützung im Hochlauf von Batteriezellfabriken
• Entwicklung und Umsetzung bedarfsorientierter, digitaler Mehrwertservices für die Produktion zur Qualitätssteigerung und Ausschussreduktion
• Entwicklung von Prozessen und Anlagenkonzepten für die Batteriezellherstellung
• Entwicklung von Automatisierungslösungen für die Herstellung von Batteriezellen
• Untersuchung von Laserschweißverfahren zur Kontaktierung von Batteriezellen
• Erforschung bedarfsgerechter Verfahren zur Elektrolytbefüllung von Batteriezellen
• Entwicklung zeiteffizienter Formierprogramme für die Batteriezellenfertigung
• Entwicklung von Konzepten zur Skalierung von Produktionstechnologien und Batteriezellfabriken

• Herstellung von Musterzellen mit unterschiedlichen Zellformaten, -materialien und -designs
• Skalierung von im Labor hergestellter Halbzelle bis industrienah hergestellter Rundzelle
• Herstellung verschiedener Rundzellformate von 18650, 21700 über 4680 bis hin zu beispielsweise 60110
• Herstellung verschiedener Tabdesigns (beispielsweise tabless, single-tab, multi-tab, notched tab, continuous tab)
• Abbildung des gesamten Herstellungsprozesses: Elektrodenfertigung, Zellassemblierung und Formierung
• Einbringung und Test eigener Komponenten, Materialien, etc. in jedem Schritt möglich
• Herstellung von kundenspezifischen Halbzellen im Labormaßstab
• Herstellung von kundenspezifischen Knopfzellen im Labormaßstab
• Herstellung von kundenspezifischen Pouchzellen im Labormaßstab
• Herstellung von kundenspezifischen Rundzellen im Technikumsmaßstab mit überwiegend automatisierten Prozessen (Automatisierungsgrad ist abhängig vom Zellformat)

IT-Architekturen, Datenakquisition und Handling

• Konzeption und Plug-and-Play-Integration von modernen Sensorlösungen
• Nachvernetzung von Einzelprozessen und Prozessketten inkl. Edge Datenverarbeitung
• Analyse und Redesign bestehender Unternehmens-IT-Architekturen
• Entwicklung serviceorientierter Architekturen für cyberphysische Produktionssysteme
• Gestaltung serviceorientierter Architekturen zur Big-Data-Akquisition und -Verarbeitung
• Entwicklung Middleware basierter Integrationslösungen zur Orchestrierung von IT-Diensten

Traceability

• Entwicklung von Traceabilitylösungen für die Elektrodenfertigung über Fingerprintsensorik
• Entwicklung von Traceabilitylösungen für die Zellassemblierung über intelligente Werkstückträger

Modellbildung, Simulation und Optimierung

• Konzeption und Entwicklung Digitaler Zwillinge auf Basis kombinierter Modellierungsansätze
• Entwicklung von Multiskalen- und Multiphysics-Simulation für die Batteriezellenproduktion
• Modellbasierte Optimierung von Einzelprozessen und Prozessketten der Batteriezellenproduktion

Serviceentwicklung, Informationsrückkopplung und -nutzung

• Gestaltung von Services zur digitalisierten Produktionsplanung und -steuerung
• Entwicklung von Services für das modellbasierte Qualitätsmanagement
• Entwicklung von Services für das modellbasierte Wartungs- und Instandhaltungsmanagement
• Analyse und modellbasierte Identifikation von Störquellen in verketteten Produktionssystemen
• Entwicklung von Oberflächen und Front Ends zur Entscheidungsunterstützung von Mitarbeitern

• Modellbasierte Bewertung alternativer Kreislaufstrategien für Batterien
  (Repair, Reuse, Repurpose, Remanufacturing, Recycling)
• Entwicklung von Entscheidungsmodellen für die Auswahl einer geeigneten Kreislaufstrategie, Demontagesequenz und -tiefe
• Entwicklung von automatisierten und flexiblen Kontaktierungs-, Charakterisierungs- und Entladesystemen
• Entwicklung von Software zur Vorhersage der verbleibenden Nutzungsdauer
• Unterstützung in der Produktentwicklung für die zirkuläre Wertschöpfung (Design for Circularity)
• Modellierung und Simulation von Demontagefabriken
• Konzeption von Sicherheitstechnik für Batteriedemontage und -recycling
• Messtechnische Analyse von Rückläuferbatteriemodulen und -zellen
• Konzeption und Integration von Sensortechnik zur zuverlässigen Bauteildetektion
• Entwicklung von flexiblen Automatisierungslösungen zur Demontage von Batteriesystemen
• Entwicklung von Trennverfahren zur Demontage von Batteriesystemen
• Entwicklung von Verfahren zum direkten Recycling von Produktionsausschüssen (mechanische und chemische Verarbeitung)
• Analyse, chemische Charakterisierung und Aufbereitung  von Zellrezyklat aus Rückläuferbatteriesystemen oder Produktionsausschüssen
• Herstellung und Charakterisierung von Materialien, Elektroden und Musterzellen mit Rezyklatanteil 

Entwicklung und Durchführung eines modularen und bedarfsgerechten Weiterentwicklungsangebots

• Bedarfsgerechte Schulungs- und Qualifizierungsprogramme im Ökosystem Batterie
• Führung, Vorführung oder Hands-on-Training der Batteriezellherstellung im Labor und Technikum
• Workshops zur Entwicklung neuer Geschäftsmodelle und Etablierung im Ökosystem Batterie
• Individueller Umfang (Halbtägig bis mehrwöchig, einmalig über Blockformat bis regelmäßig)
   

Mögliche Inhalte im Rahmen der bedarfsgerechten Schulungs- und Qualifizierungsprogramme

• Überblick: Marktüberblick Produkt, Produktion, End-of-Life Batterie; rechtliche Rahmenbedingungen, etc.
• Produkt: Batteriezelle Aufbau, Design, Materialien, Funktionen und Anwendungen, Status Quo und fortschrittliche Batterietechnologien; Batteriesystem und Batteriemanagementsystem, Modellierung, Simulation, Charakterisierung und Parametrisierung, etc.
• Produktion: Batteriezellproduktion Überblick und Detail; Nachhaltigkeit, Energieeffizienz und Digitalisierung als Schlüssel für nachhaltige Wettbewerbsfähigkeit, etc.
• Digitalisierung: Digitale Mehrwertservices entlang der zirkulären Wertschöpfungskette Batterie; Digitale Zwillinge (Anwendungsfälle, Konzept, Bausteine, Potenziale, Implementierung, Hybrider Ansatz, etc.), IT-Architekturen, etc.
• Zirkuläre Wertschöpfung: zirkuläre Wertschöpfung bzw. Lebenszyklus einer Batterie inkl. alternativer Kreislaufstrategien (Reuse, Repair, Remanufacturing, Repurpose, Demontage und Recycling), Test und Charakterisierung

Mögliche Inhalte für Workshops

• Geschäftspotenziale für den Einstieg in die Batterieindustrie
• Unternehmensstrategie und Geschäftsmodelle in der Batterieindustrie
• Entwicklungen in der Prozess- und Technologieentwicklung 

• Gestaltung wertstromorientierter und wandlungsfähiger Fabriken mit Lager- und Logistikkonzept
• Auslegung von Rein- und Trockenräumen 
• Entwicklung standortspezifischer Energieversorgungskonzepte

Simulationswerkzeuge

• Siemens Plant Simulation, AnyLogic (Prozess- und Supplychain Simulation)
• EQUA IDA ICE (Gebäudesimulation), Top Energy (Energieversorgungskonzepte)

• Herstellung und Charakterisierung kundenspezifischer Dispergierungen für Kathoden- und Anodenslurries

Ausstattung

• Disolver SEM-HS-3 (Durchsatz 10 Liter/Batch)
• Mischer Filmix FM 56 (Durchsatz 11 Liter/h)
• Inline-Charakterisierung: Partikelgrößenmessung OPUS via Ultraschalldämpfung, Viskositätsmessung L-Vis 510 via Messung des dynamischen Flüssigkeitsdrucks (Durchsatz 11 Liter/h).
• Übertragung der Messwerte in Echtzeit an Cloud-Dienste zur Prozessüberwachung und Qualitätsbewertung
• Pastenherstellung

• Herstellung und Charakterisierung von trockenen Funktionsmaterialmischungen
• Herstellung von lösemittelfreien Anoden und Kathoden im Labormaßstab

Ausstattung

• Nassbeschichtungscoater
• Beschichtungsbreiten: 150 mm (max.), Beschichtungsgeschwindigkeit: (1 m/min.)
• Besonderheiten: Rollenaufnahme 3‘‘, 6‘‘, Software zur Experimentaldatenaufnahme und –analyse
• Trockenbeschichtungscoater
• Beschichtungsbreite: 200 mm (max.), Beschichtungsgeschwindigkeit: 0,5 - 20 m/min.
• Besonderheit: Rollenaufnahme 3‘‘, 12‘‘, Inlinekalender bis 220 °C, Inline Infraroteinheit
• Single-Sheet-Fertigung
• Beschichtungsbreite: 150 mm (max.), Tischkalander bis 170 °C, Heißpresse bis 400 °C
• Elektrodenbeschichtung
• Trockenbeschichtung

• Entwicklung und Test von Fügeverfahren zur Kontaktierung von von Ableitersystemen
• Prüfung der Verbindungsqualität (mechanisch, elektrisch)

Ausstattung

• Laserschweißanlage (2 kW Faserlaser - Trumpf Laser TruCell3000)
• Ultraschall-Schweißanlage (Branson)
• Anlage zur Plasma Vorbehandlung von Elektroden und Ableitern

• Entwicklung und Qualifizierung von Assemblierprozessen in Mini-Environment-Umgebungen
• Entwicklung intelligenter Transport- und Werkstückträgersysteme

Ausstattung

• Assemblierlinie für Rundzellen Durchsatz (bis zu 300 Stk./Tag max. – in Q3/2021)
  Wickel fügen, Kathode schweißen, Becher sicken, Elektrolyt befüllen,
  Deckel anschweißen, Zelle bördeln, Zelle reinigen
• Intelligenter Werkstückträger (skalierbar) (20 Zellen pro Träger) 

Flyer zur Assemblierung von zylindrischen Lithium-Ionen-Batteriezellen

• Charakterisierung von Batteriezellen mittels Zyklus- und Lagertest
• Entwicklung kundenspezifischer Formierzyklen

Ausstattung

• Zelltester (50 Kanäle, Strombereich: 1mA – 10 A, Genauigkeit: +/- 400nA – +/- 4mA)
• Klimaschränke (Temperaturbereich: -30°C - 100° C)
• Charakterisierung von Batterien und Superkondensatoren

• Lösungen zur Datenerfassung von Maschinen, Anlagen und Sensoren
• Nachvernetzung heterogener Maschinen- und Anlagenparks
• Aufbau konsistenter Datenpools und KI-gestützte Datenauswertung
• Entwicklung von Software zur Planung und Nachverfolgung von Versuchen und Produktionsläufen
• Planung von Softwarelösungen zur Informationsnutzung im Produktionsumfeld

Ausstattung

• Datenschnittstelle StationConnector, Manufacturing Service Bus (MSB)
• Hochleistungsrechner für Data Mining und Machine Learning
• Emulationsplattform zur Virtuellen Inbetriebnahme von Anlagen und Fertigungslinien

• Entwicklung von Prozess-Produktmodellen zur Prädiktion der Produktqualität von Zwischen- und Endprodukten
• Entwicklung von Modellen zur vorausschauenden Planung von Wartungs- und Instandhaltungszeitpunkte

Ausstattung

• Modellbildung: ComSol, Matlab/Simulink
• Statistische Datenanalyse: Minitab, R, Python

• Analyse von Automatisierungspotentialen
• Entwicklung von Demontagesystemen (Bauteilidentifikation, Greifertechnik, trennende und lösende Demontageverfahren, variantenflexible Einricht- und Steuerungsprogrammierung)

Ausstattung

• Demontagezelle für Batteriedummies
• Flexible Greifersysteme und Demontagewerkzeuge

• Entwicklung von Aufbauten zur Öffnung von Batteriezellen unter Inertgasatmosphäre
• Analyse von Batteriezellen und Batteriezellkomponenten
• Analyse von Materialzusammensetzungen und Oberflächencharakteristika
• Identifikation und Bewertung von Degradationseffekten und Alterungsmechanismen (Post-Mortem-Analysen)
• Vollständige geometrische Erfassung von Batteriezellen

Ausstattung

• Lichtmikroskopie, Lasermikroskopie, Rasterelektrodenmikroskopie (REM)
• Infrarotspektroskopie (IR)
• Röntgendiffraktometrie (XRD)
• Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX)