Ökologisch und ökonomisch hergestellte Lithium-Ionen-Batterien für „Batterie 2020“

Dieses Projekt strebt eine deutliche Verbesserung der Lithium-Ionen-Zellen in Performance, Kosten und Umweltfreundlichkeit an. Damit trägt es zu den Zielen der Elektromobilität und des Energiewandels bei. Das wird in den gesetzten Zielen deutlich:

• neue Materialien mit verbesserter Performance bezüglich Energie- und Leistungsdichte,

• Vermeidung umweltrelevanter Materialien,

• Verbesserung der Ökobilanz durch Weiterverwendung gebrauchter Antriebszellen in stationären Speichern,

• kostengünstige Produktion am Standort Deutschland.

Ein wichtiger Aspekt dieses Projekts ist die klare Ausrichtung auf ein Upscaling zu einer großen und wirtschaftlichen Produktion von Lithium-Ionen-Batterien (LIB) in Deutschland. Diese Produktion wird dringend gebraucht und kann die positiven Ergebnisse der bisherigen Projekte verwerten. Wichtige Ziele einer solchen Produktion sind:

• wettbewerbsüberlegene Lithium-Ionen-Zellen in standardisierter Baugröße,

• wettbewerbsfähige Produktionskosten (weniger als 150 Euro/kWh).

Alle Materialien und Prozesse werden daran gemessen, ob sie in einer solchen großen Produktion verwandt werden können. Dabei helfen die bestehenden Herstellungslinien „Forschungsproduktionslinie“ (FPL) beim ZSW (Baugröße PHEV-1) und „Forschungsversuchsanlagen“ bei VMB (Baugröße 18650 bzw. 21700). Beide Linien werden im Rahmen dieses Projekts genutzt. An ihnen können auch die wirtschaftlichen Aspekte erforscht werden. Ein Business-Plan wird für die Herstellung entworfen, nach dem die Wirtschaftlichkeit einer hochskalierten Großfertigung beurteilt wird.

Auch die Herstellungskosten der Zellen werden aus allen Parametern in einer Modellrechnung gerechnet. So können sofort „Kostentreiber“ identifiziert und reduziert werden. Auf Knopfdruck können die Einflüsse anderer Materialien oder geänderter Rohstoffpreise auf die Zellenkosten erfasst werden.

• Spezifikation,

• Erforschung der Kathodenmaterialien,

• Erforschung der Anodenmaterialien,

• Erforschung der Separatoren,

• Erforschung von Elektroden- und Zellenkonzepten und deren Herstellung,

• Erforschung neuer Produktionsprozesse für Kleinstzellen,

• Erprobung der Herstellung von Großzellen: Zellherstellung im Format PHEV-1 (FPL) und im Format 18650 bzw. 21700 (VMB),

• Second-Life-Konzept in stationären Anwendungen,

• Geschäftsmodell und Publikation.

Das Thema stationäre Energiespeicherung gewinnt durch den schnellen Ausbau der erneuerbaren Energien zunehmend an Bedeutung. Schon heute werden allein in Deutschland pro Jahr mehrere Tausend Speichersysteme verkauft. Verschiedene Studien gehen davon aus, dass der Markt für stationäre Energiespeicherung im Jahr 2020 ein Volumen von 2,4 Mrd. Euro erreicht, wovon etwa 40 Prozent auf Systeme mit Lithium-Ionen-Zellen entfallen. Vielen Vorteilen von heutigen Batteriespeichersystemen wie Modularität und Effizienz stehen nachteilig hohe Anschaffungskosten gegenüber, welche maßgeblich von den Zellpreisen beeinflusst sind. Durch Anwendung des Second-Life-Konzeptes bei Lithium-Ionen-Zellen ist mit einer Reduzierung der Systemkosten zu rechnen, was die Wirtschaftlichkeit von Energiespeichern verbessert und deren Vermarktung weiter vorantreibt. Bei Projekterfolg plant Varta Storage daher die Erkenntnisse aus dem Projekt in Serienprodukte einzubringen. Von steigenden Stückzahlen profitiert nicht nur der Systemhersteller Varta Storage, sondern auch die Material- und Zellhersteller entlang der Wertschöpfungskette. Durch die damit verbundene Schaffung neuer Arbeitsplätze wird Deutschlands Position als Produktions- und Wirtschaftsstandort gestärkt.

Aus wissenschaftlich-technischer Sicht eröffnet das Projekt die Weiterentwicklung von effizienteren Speichersystemen, was auf den verbesserten Ausnutzungsgrad jeder Einzelzelle zurückzuführen ist. Durch das Vorhaben stärken alle Projektpartner ihre Fachkompetenz und werden darüber hinaus in die Lage versetzt, an zukünftigen Forschungsprojekten auf nationaler und internationaler Ebene mitzuwirken. Darüber hinaus ergeben sich positive Effekte auf andere technische Systeme wie das Stromversorgungssystem, welches durch die Integration von Energiespeichern optimiert werden kann.