Digitalisierung in der Batteriezellfertigung

Digitalisierung macht die Herstellung von Batterien unter anderem für E-Fahrzeuge günstiger und sauberer. Zu diesem Ergebnis kommt eine Untersuchung, die die Fraunhofer FFB und Accenture anlässlich der "Hannover Messe 2024" vorgestellt haben. Mit digitalen Lösungen kann eine Zellfabrik für Lithium-Ionen-Batterien mit einer Kapazität von 40 GWh jährlich bis zu 27 Millionen Euro und fast 10 % ihrer Emissionen einsparen.

Ein Beispiel ist die sogenannte Ausschussrate – der Anteil an Materialien und Batterien, die wegen qualitativer Mängel nicht verwertet beziehungsweise in Umlauf gebracht werden können. Hohe Ausschussraten sind ein bekanntes Problem in der Massenproduktion von Batteriezellen. Sie lassen sich zum Beispiel mit digitalen Qualitäts- und Rückverfolgbarkeitslösungen um bis zu 10,3 % im Vergleich zur herkömmlichen Fertigung reduzieren. Materialkosten machen mit rund 70 % den größten Anteil an den gesamten Herstellungskosten einer Batteriezelle aus. Digitale Lösungen können hier besonders dazu beitragen, Kosten zu senken und Abfälle zu vermeiden.

Effizienzsteigerung durch digitale Technologien

Beim Energieverbrauch, der etwa 5 % der Produktionskosten ausmacht, bietet digitale Verfolgungs- und Optimierungstechnik ein Einsparpotenzial von bis zu 9,5 %. Der geringere Energieverbrauch ist auch Haupttreiber der möglichen Emissionseinsparungen von bis zu 9,7 %. Ausfallzeiten von Produktionsmaschinen, ein weiterer Kostenfaktor, lassen sich zum Beispiel mit digitalen Anwendungen für vorausschauende Wartung um bis zu 7,1 % senken.

"Die durchgängige Digitalisierung der Wertschöpfungskette ist ein zentraler Wegbereiter für eine nachhaltigere Batterieproduktion", betont Dr. Jonathan Krauß, kommissarischer Bereichsleiter Digitalisierung der Batteriezellfertigung an der Fraunhofer FFB. "Digitale Investitionen zeigen klare wirtschaftliche Vorteile, insbesondere durch die Senkung der Produktionskosten. Die Herausforderung für Batteriehersteller besteht darin, die richtigen Technologien zu identifizieren und rechtzeitig darin zu investieren."

Insbesondere die Elektrodenfertigung, der erste Schritt in der Batteriezellproduktion, profitiert von der Digitalisierung, da hier das Gros des Materialverbrauchs anfällt. 

"Effizienz und Qualität sind das Maß der Dinge bei der Batterieherstellung, vor allem in Europa. Wir bauen unter hohem Zeit- und Kostendruck eine neue Industrie auf und haben die Chance, uns mit den besten verfügbaren Technologien Wettbewerbsvorteile zu sichern," sagt Dr. Philipp Wunderlich, Leiter Battery Technology Consulting bei Accenture. "Die Zellhersteller haben im Bereich Digitalisierung noch viel Luft nach oben, selbst beim Einsatz grundlegender digitaler Anwendungen wie der Sammlung und Echtzeitauswertung von Daten, die eine Vorrausetzung für die Nutzung von transformativer Technologie wie generativer KI sind."

Schlüsselerkenntnisse zur Digitalisierung

Für die Untersuchung haben die Fraunhofer FBB und Accenture 143 Batterie- und Digitalisierungsexperten hauptsächlich europäischer und nordamerikanischer Unternehmen in zwei Stufen befragt. Zunächst identifizierten die Experten besonders wirksame Anwendungsfälle für digitale Lösungen in der Batterieproduktion. Diese Fälle wurden in ein Model einer Batteriefabrik mit einer Kapazität von 40 GWh integriert, anhand dessen die Experten Einsparmöglichkeiten je Anwendungsfall und Produktionsschritt berechneten und beurteilten.

Die Untersuchung "The Power of Digitalization in Battery Cell Manufacturing" liegt in englischer Sprache vor und steht zum kostenfreien Download bereit.