Oekobatt 2020

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

Teilprojekt 1

Erforschung neuer Produktionsprozesse für Kleinstzellen und Geschäftsmodell

Laufzeit: 01.01.2016 bis 31.12.2018

Fördersumme: 531.100,00 €

Projektvolumen: 1.327.750,00 €
 

ausführende Stelle:

Varta Microbattery GmbH
Daimlerstr.  1
73479 Ellwangen (Jagst)

zum Internetauftritt

Zuwendungsempfänger:

Varta Microbattery GmbH

zum Internetauftritt

Fördergeber: BMBF, Referat 511

Förderkennzeichen: 03XP0033A

Projektträger: PT-J

Leistungsplansystematik:
KB2220 Li-Ionen-Batterien

Förderprofil: Technologie- und Innovationsförderung

Förderart: PDIR

Kurzbeschreibung des Teilprojektes

  • Spezifikation der Oekobat-2020 (Lead)
  • Erforschung neuer Produktionsprozesse für Kleinstzellen
  • Geschäftsmodell und Publikation


Ausführliche Beschreibung des Teilprojektes

Herausforderungen und Ziele

Alle Materialien und Prozesse werden daran gemessen, ob sie in einer 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, nachdem 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.


Inhalt und Arbeitsschwerpunkte

Für die Forschungen in diesem Arbeitspaket resultierenden neuen Materialien werden bei Varta in Kleinstzellen erprobt. Dazu werden die Materialien in Form von Elektrodenpasten optimiert und in die Pilotfertigung eingeführt. Auch die neuen Separatoren, die sich in anderen Arbeitspaketen bewährt haben, werden an den Wickelautomaten verwandt.

Für die Erprobung stehen zwei Zellgeometrien zur Verfügung: flache Geometrie mit tablettenförmiger Elektrode und Folienelektroden in Wickeltechnologie (siehe Fotos).


Nutzung der Ergebnisse und Beitrag zur Energiespeicherung

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 verbesserter 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.


Galerie

Kleinstzelle von Varta mit flacher Geometrie und tablettenförmiger Elektrode
Kleinstzellen von Varta mit Folienelektroden in Wickeltechnologie
Kleinstzelle von Varta mit Folienelektroden in Wickeltechnologie im Querschnitt

Laufzeit der angegebenen Teilprojekte: 01.01.2016 bis 31.12.2018
Fördersumme der angegebenen Teilprojekte: 3.130.637,00 €
Projektvolumen der angegebenen Teilprojekte: 6.026.582,00 €

Teilprojekt 1: Erforschung neuer Produktionsprozesse für Kleinstzellen und Geschäftsmodell

Förderkennzeichen: 03XP0033A

Varta Microbattery GmbH
73479 Ellwangen (Jagst)

Teilprojekt 2: Separatoren

Förderkennzeichen: 03XP0033B

Freudenberg Performance Materials SE & Co. KG, Lithium Ion Battery Separators
69469 Weinheim

Teilprojekt 3: Erforschung der Anodenmaterialien

Förderkennzeichen: 03XP0033C

SGL Carbon GmbH - Meitingen
86405 Meitingen

Teilprojekt 4: Erforschung der Kathodenmaterialien

Förderkennzeichen: 03XP0033D

Johnson Matthey Battery Materials GmbH
85368 Moosburg

Teilprojekt 5: Second-Life-Konzept in stationären Batteriespeicheranwendungen

Förderkennzeichen: 03XP0033E

Varta Storage GmbH
86720 Nördlingen

Teilprojekt 6: Erforschung neuer Batteriematerialien in Zellen

Förderkennzeichen: 03XP0033F

Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg – Standort Ulm
89081 Ulm

Fördergeber: BMBF, Referat 511

Projektträger: PT-J

Leistungsplansystematik:
KB2220 Li-Ionen-Batterien

Förderprofil: Technologie- und Innovationsförderung

Förderart: PDIR

Ausführliche Beschreibung des Verbundprojektes

Herausforderungen und Ziele

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.


Inhalt und Arbeitsschwerpunkte

• 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.


Nutzung der Ergebnisse und Beitrag zur Energiespeicherung

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.


Galerie

Projektstruktur von Oekobat 2020
Flachwickel aus Elektroden und Separator der Materialgeneration 2 (links) und PHEV1-Zelle (rechts) von der Forschungsproduktionslinie (FPL) des ZSW.

Kurzkategorisierung

Energiespeichertypen

Metall-Ionen-Batterien

Anwendungsfelder

portabel, mobil, 2nd Life und Recycling

Förderempfänger

Industrie, Forschungs- und Entwicklungseinrichtung

schwarze Schlagworte: charakterisieren das Teilprojekt
graue und schwarze Schlagworte: charakterisieren das komplette Verbundprojekt


Schlagworte zum Teilprojekt

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Kathode Blend NMC + LFP

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Kathode Blend NMC + LMFP

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Anode Graphite

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Separator Polyester-Vliessstoff mit anorganischen Partikeln imprägniert

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Format Knopfzelle gewickelt

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Hochenergiesystem

Forschungsgegenstand

Zelle Elektroden

Zelle Separator

Forschungsbereiche

Material-, Bauteil- und Systementwicklung Bauteil- und Komponentenentwicklung Elektrode Rezeptur

Analytik und Charakterisierung Material-, Bauteil und Systemcharakterisierung Kostenbewertung

Analytik und Charakterisierung Material-, Bauteil und Systemcharakterisierung Ökobilanz

Anwendungsfelder

portabel

Förderempfänger

Industrie Batteriehersteller

Industrie Zellhersteller

Teilprojektleiter

Herr Dr. Martin Krebs
Varta Microbattery GmbH
Daimlerstr.  1
73479 Ellwangen (Jagst)

Telefon: +49 7961 921-432
Fax: +49 7961 921-73432
E-Mail: martin.krebs@varta-microbattery.com


Verbundprojektleiter

Herr Dr. Martin Krebs
Varta Microbattery GmbH
Daimlerstr. 1
73479 Ellwangen (Jagst)
Telefon: +49 7961 921-432
Fax: +49 7961 921-73432


Pressekontakt für Teilprojekt

Frau Sonja Peitl-Steinert
Varta Microbattery GmbH
Daimlerstr. 1
73479 Ellwangen (Jagst)
Telefon: +49 7961 921-526
Fax: +49 7961 921-73526
E-Mail: sonja.peitl-steinert@varta-microbattery.com
zum Internetauftritt


Pressekontakt für Verbundprojekt

Frau Sonja Peitl-Steinert
Varta Microbattery GmbH
Daimlerstr. 1
73479 Ellwangen (Jagst)
Telefon: +49 7961 921-526
Fax: +49 7961 921-73526
E-Mail: sonja.peitl-steinert@varta-microbattery.com
zum Internetauftritt

Typ Inhalt Aktion
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