Mit der Fremdkörperdetektion auch kleinste Störfaktoren ausmachen – für mehr Sicherheit und weniger Ausschuss in der Batterieproduktion

Ein Partikel, kleiner noch als ein Staubkorn, lässt eine ganze Batterie in Flammen aufgehen: Was zunächst vielleicht abwegig klingt, kommt mit stetig zunehmender Anzahl der Energiespeicher leider immer häufiger vor. Denn im Produktionsprozess von Batterien können sich Fremdkörper in das Elektrodenmaterial einschleichen – und potenziell immense Schäden wie eben einen Brand hervorrufen. Diesem Problem verschreibt sich die Fremdkörperdetektion, bei der mit bildgebenden Methoden nach den winzigen Partikeln gesucht wird. 

Mikroplastik, Feinstaub, Pollen: Auch kleinste Partikel können folgenschwere Auswirkungen nach sich ziehen: Weil sie oft kaum sichtbar sind, bedürfen schützende Maßnahmen dabei besonders großer Anstrengung. Das gilt nicht nur für die drei aus dem Alltag bekannten Mikropartikel, sondern auch für die winzigen Fremdkörper, die sich oft bei der Elektrodenherstellung für Batterien einschleichen. Sie bewegen sich meist in einem Größenbereich von 50 bis 200 Mikrometern und sind mit herkömmlichen Methoden kaum feststellbar – obwohl sie hochgefährlich sind. Metallische Fremdkörper können beispielsweise die Separatorfolie in der Batterie durchdringen und zu internen Kurzschlüssen führen.

Röntgentechnik schafft Abhilfe

Ein neuartiger Lösungsansatz dafür ist die Fremdkörperdetektion mit Röntgentechnik. Eine Anordnung von Röntgenquelle und Detektor überwacht dabei dauerhaft im Rolle-zu-Rolle-Prozess die Elektroden und kann so schon früh in der laufenden Produktion feststellen, ob sich Fremdkörper im Material befinden. Die entstehenden 2D-Bilder sind schnell ausgewertet. »Außerdem möchten wir wie auch bei den anderen Röntgentechnologien für die Batterieproduktion wieder die Prozessrückkopplung integrieren«, ergänzt Steven Oeckl, Leiter Produktionsmonitoring am Entwicklungszentrum Röntgentechnik. Dabei wird auf Basis künstlicher Intelligenz in Kombination mit den Produktionsparametern ein Modell erstellt, mit dem vorausgesagt werden kann, welche Prozesseinstellungen die Fremdkörper zukünftig vermeiden können. So ermöglicht die Technologie die Reduktion von Ausschuss, was die Batterieproduktion nachhaltiger werden lässt. Denn wenn Fremdkörper im Elektrodenmaterial auftreten, muss man die Batterie aktuell meist entsorgen.

Das Auftreten von Fremdkörpern ist ein häufiges Problem in der Batterieherstellung – »das bestätigen uns viele Kunden«, betont Steven Oeckl.

»Mit der Fremdkörperdetektion tragen wir also wesentlich dazu bei, dass Batterien sicherer werden und zuverlässiger vom Band gehen. Bei den zahlreichen gerade in Europa entstehenden Gigafactories wirklich ein brandaktuelles Thema.« 

Beitrag von Lucas Westermann, Redakteur Fraunhofer IIS Magazin