HiPoLiT

Schnellladefähige Lithium-Energiespeicher mit verbesserter Energiedichte für den Einsatz in modularen Unterstützungs- und Antriebskonzepten

Laufzeit der angegebenen Teilprojekte: 01.01.2016 bis 31.12.2018
Fördersumme der angegebenen Teilprojekte: 2.017.583,00 €
Projektvolumen der angegebenen Teilprojekte: keine Angabe

 

Teilprojekt 1

Separator

Förderkennzeichen: 03XP0038A

Freudenberg Performance Materials SE & Co. KG, Lithium Ion Battery Separators
69469 Weinheim
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Teilprojekt 2

Förderkennzeichen: 03XP0038B

Johnson Matthey Battery Materials GmbH
85368 Moosburg
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Teilprojekt 3

Zellbau

Förderkennzeichen: 03XP0038C

Liacon GmbH
25524 Itzehoe
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Teilprojekt 4

Batteriebau

Förderkennzeichen: 03XP0038D

BMZ Batterien-Montage-Zentrum GmbH
63791 Karlstein
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Teilprojekt 5

Förderkennzeichen: 03XP0038E

Torqeedo GmbH
82205 Gilching
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Teilprojekt 6

Elektrolyt

Förderkennzeichen: 03XP0038F

MEET - Münster Electrochemical Energy Technology
48149 Münster
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Teilprojekt 7

Materialverarbeitung und Komponentenintegration

Förderkennzeichen: 03XP0038G

Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie, Batteriesysteme für Spezialanwendungen
25524 Itzehoe
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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

Der Klimaschutz und eine sichere, bezahlbare Energieversorgung sind Voraussetzungen für eine nachhaltige Entwicklung des Industriestandortes Deutschland. Deshalb ist die erfolgreiche Einführung der Elektromobilität sowie die Umsetzung der generationenübergreifenden „Energiewende“ von zentraler Bedeutung für Deutschland. Ein Hauptelement für den Erfolg der Elektromobilität stellt die Verfügbarkeit von leistungsfähigen und sicheren Batterien dar, da nur mit ihnen eine große Nutzerakzeptanz erreicht werden kann. Die Wertschöpfung in Elektrofahrzeugen liegt zu 30 bis 40 Prozent bei der Batterie und davon der überwiegende Anteil bei der Zellfertigung. Die Zellfertigung als wichtiges Segment der Wertschöpfungskette sollte schon allein aus diesem Grund konsequent in eine nationale industrielle Infrastruktur abgebildet werden.

Die derzeitige Weltmarktsituation ist geprägt von der in Asien angesiedelten, etablierten Zellproduktion klassischer Lithium-Ionen-Batterien, deren Markt von starken Preisverfällen gezeichnet ist. Die für Deutschland beste Handlungsoption zum nachhaltigen Aufbau einer lokalen Zellfertigung ist daher eine übergreifende Zusammenarbeit entlang der Wertschöpfungskette, um innovative, differenzierungsstarke, und marktrelevante Produkte herzustellen.

Das zentrale Ziel des HiPoLiT-Projektes ist daher die Erarbeitung, der Aufbau und die Erprobung von Demonstratoren für praxisgerechte, energiedichteoptimierte Lithium-Ionen-Batterien auf Lithiumtitanoxid-(LTO-)Basis. Diese sollen auch bei niedrigen Temperaturen extrem schnellladefähig sein und durch Kombination mit Hochvoltkathoden mit verbesserter Eigensicherheit und Langzeitstabilität auch bei Zyklusprozessen eine gefahrlose Aufladung von Fahrzeugen innerhalb weniger Minuten erlauben. Im HiPoLiT-Projekt soll die Erprobung der Batterievorteile praxisnah in Elektrobootsantrieben verifiziert werden. Gerade auf dem Wasser gibt es weltweit eine Vielzahl von Kurzstreckenanwendungen, die trotz begrenzter Reichweite bei einer raschen Ladefähigkeit die Vorteile eines elektrischen Antriebes sofort und auch finanziell vorteilhaft nutzen könnten.


Inhalt und Arbeitsschwerpunkte

Zur Erreichung der Ziele sind intensive Forschungs- und Entwicklungsarbeiten auf dem Gebiet der Material- und Komponentenforschung, der Prozesstechnologie, der Skalierung und der Speicherintegration notwendig.

Materialtechnologie: Im HiPoLiT-Vorhaben werden zur Erreichung einer erhöhten Energiedichte eines LTO-basierten Systems durch Einführung von Hochvolt-(HV-)Kathodenmaterialien Forschungsarbeiten an Kathode und Anode, dem Elektrolyten und dem Separator durchgeführt. Das Hauptaugenmerk liegt auf der Schnellladefähigkeit, Lebensdauer, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit des Systems. Die Spannungslage der HV-Kathode mit bis zu 5 V macht besondere Forschungssanstrengungen für den Elektrolyten und den Separator notwendig.

Zelldesign: Der Schnellladebetrieb ist mit erhöhter Wärmeleistung verbunden. Die Komponenten und das Zelldesign als Ganzes werden auf eine möglichst geringe Wärmeproduktion auf Zellebene und eine gute thermische Ankopplung ans System optimiert. Zudem gilt es, den Transfer der Herstellungsprozesse aus dem Labor in eine industrielle Komponenten- und Zellfertigungsumgebung zu bewerkstelligen.

Prozesstechnologie: Eine Materialsubstitution durch die Einführung von drei wesentlichen Komponenten wie einer HV-Kathode mit einem HV-stabilen Elektrolyten und einem neu entwickelten Separator hat erheblichen Einfluss auf die Funktionalität und Stabilität des ganzen Systems „Zelle“ und erfordert Anpassungsarbeiten und elektrochemische Untersuchungen.

Batteriedesign: Um die praxisrelevante Tauglichkeit des neuen Batteriekonzeptes sicherzustellen, werden anwendungsgerechte Batterien hergestellt und deren Charakterisierung unter realistischen, relevanten Prüfbedingungen als „elektrischer Bootsantrieb“ durchgeführt. Die Erprobung erlaubt auch zuverlässige „total cost of ownership“-Betrachtungen zur weiteren Erhärtung der Vorteile.


Nutzung der Ergebnisse und Beitrag zur Energiespeicherung

Die Verfügbarkeit von leistungsfähigen und sicheren Batterien stellt ein Hauptelement für den Erfolg der Elektromobilität dar, da nur mit ihnen eine große Nutzerakzeptanz erreicht werden kann. Die Verwertung der HiPoLiT-Batterie ist zunächst in elektrischen Boots- und anderen industriellen Anwendungen vorgesehen. Mittelfristig wird sie zudem auch für automobile Anwendungen als attraktiv bewertet, da Schnellladefähigkeit bei niedrigen Temperaturen eine deutliche Performance-Verbesserung auch für Batterien in Hybrid-Elektrofahrzeugen darstellt.

Das HiPoLiT-Konsortium hat ein stark differenzierungsfähiges Komponenten- und Zellkonzept identifiziert, welches es mit der klaren Zielstellung der baldigen Industrialisierung erforschen wird. Das HiPoLiT-Projekt ist somit im Einklang mit dem erklärten Ziel der Bundesregierung, die Lithium-Ionen-Zelltechnologie als Schlüsseltechnologie der elektrochemischen Energiespeicherung auch in Deutschland wieder fest zu verankern, um ihr großes Wertschöpfungspotenzial verfügbar zu machen und strategische Abhängigkeiten zu vermeiden. Damit einher geht natürlich auch ein Aufbau von Arbeitsplätzen.


Kurzkategorisierung

Energiespeichertypen

Metall-Ionen-Batterien

Anwendungsfelder

mobil

Förderempfänger

Industrie, Forschungs- und Entwicklungseinrichtung


Schlagworte der Teilprojekte des Verbundprojekts

Teilprojekt 1

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Kathode Lithium/Mangan-reich LNMO

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Anode LTO

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Hochleistungssystem

Forschungsgegenstand

Zelle Separator Hochvolt-stabil

Forschungsbereiche

Produktion Komponentenfertigung Separator

Material-, Bauteil- und Systementwicklung Bauteil- und Komponentenentwicklung

Analytik und Charakterisierung Anforderungsprofil bzw. -ableitung

Anwendungsfelder

mobil Antriebsart BEV

mobil Fortbewegungsart Land Nutzfahrzeug auf Rädern selbstfahrende Arbeitsmaschine sonstige Arbeitsmaschine Staplerfahrzeuge Gabelstapler

mobil Fortbewegungsart Wasser über Wasser kleine Wasserfahrzeuge kommerziell

mobil Fortbewegungsart Wasser über Wasser kleine Wasserfahrzeuge nicht-kommerziell Freizeit

Förderempfänger

Industrie chemische Industrie Textilien

Teilprojekt 2

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Kathode Lithium/Mangan-reich LNMO

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Anode LTO

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Hochleistungssystem

Forschungsgegenstand

Zelle Elektroden Kathode Aktivmaterial

Forschungsbereiche

Produktion untersuchte Eigenschaften, Arbeitsfeld Hochskalierung

Anwendungsfelder

mobil Antriebsart BEV

mobil Fortbewegungsart Land Nutzfahrzeug auf Rädern selbstfahrende Arbeitsmaschine sonstige Arbeitsmaschine Staplerfahrzeuge Gabelstapler

mobil Fortbewegungsart Wasser über Wasser kleine Wasserfahrzeuge kommerziell

mobil Fortbewegungsart Wasser über Wasser kleine Wasserfahrzeuge nicht-kommerziell Freizeit

Förderempfänger

Industrie chemische Industrie Materialtechnologie

Teilprojekt 3

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Kathode Lithium/Mangan-reich LNMO

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Anode LTO

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Hochleistungssystem

Forschungsgegenstand

Zelle

Zelle Elektroden Anode

Zelle Elektroden Kathode

Zelle Elektrolyt Hochvolt-stabil

Zelle Elektrolyt flüssig

Forschungsbereiche

Produktion Zelle

Produktion Testzelle

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

Material-, Bauteil- und Systementwicklung Materialentwicklung und -synthese

Analytik und Charakterisierung Material-, Bauteil und Systemcharakterisierung Zelltest Vollzelle

Anwendungsfelder

mobil Antriebsart BEV

mobil Fortbewegungsart Land Nutzfahrzeug auf Rädern selbstfahrende Arbeitsmaschine sonstige Arbeitsmaschine Staplerfahrzeuge Gabelstapler

mobil Fortbewegungsart Wasser über Wasser kleine Wasserfahrzeuge kommerziell

mobil Fortbewegungsart Wasser über Wasser kleine Wasserfahrzeuge nicht-kommerziell Freizeit

Förderempfänger

Industrie Batteriehersteller

Industrie Zellhersteller

Teilprojekt 4

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Kathode Lithium/Mangan-reich LNMO

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Anode LTO

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Hochleistungssystem

Forschungsgegenstand

Batteriepack/Batterie

Anwendungsfelder

mobil Antriebsart BEV

mobil Fortbewegungsart Land Nutzfahrzeug auf Rädern selbstfahrende Arbeitsmaschine sonstige Arbeitsmaschine Staplerfahrzeuge Gabelstapler

mobil Fortbewegungsart Wasser über Wasser kleine Wasserfahrzeuge kommerziell

mobil Fortbewegungsart Wasser über Wasser kleine Wasserfahrzeuge nicht-kommerziell Freizeit

Förderempfänger

Industrie Batteriehersteller

Teilprojekt 5

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Kathode Lithium/Mangan-reich LNMO

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Anode LTO

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Hochleistungssystem

Anwendungsfelder

mobil Antriebsart BEV

mobil Fortbewegungsart Wasser über Wasser kleine Wasserfahrzeuge kommerziell

mobil Fortbewegungsart Wasser über Wasser kleine Wasserfahrzeuge nicht-kommerziell Freizeit

Förderempfänger

Industrie

Teilprojekt 6

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Kathode Lithium/Mangan-reich LNMO

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Anode LTO

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Hochleistungssystem

Anwendungsfelder

mobil Antriebsart BEV

mobil Fortbewegungsart Land Nutzfahrzeug auf Rädern selbstfahrende Arbeitsmaschine sonstige Arbeitsmaschine Staplerfahrzeuge Gabelstapler

mobil Fortbewegungsart Wasser über Wasser kleine Wasserfahrzeuge kommerziell

mobil Fortbewegungsart Wasser über Wasser kleine Wasserfahrzeuge nicht-kommerziell Freizeit

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung Universität

Teilprojekt 7

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Kathode Lithium/Mangan-reich LNMO

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Anode LTO

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Hochleistungssystem

Anwendungsfelder

mobil Antriebsart BEV

mobil Fortbewegungsart Land Nutzfahrzeug auf Rädern selbstfahrende Arbeitsmaschine sonstige Arbeitsmaschine Staplerfahrzeuge Gabelstapler

mobil Fortbewegungsart Wasser über Wasser kleine Wasserfahrzeuge kommerziell

mobil Fortbewegungsart Wasser über Wasser kleine Wasserfahrzeuge nicht-kommerziell Freizeit

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung außeruniversitäre Einrichtung

Verbundprojektleiter

Herr Dr. Christoph Weber
Freudenberg Performance Materials SE & Co. KG
Höhnerweg 2-4
69469 Weinheim

Telefon: +49 6201 80-4964
Fax: +49 6201 88-4964
E-Mail: christoph.weber@freudenberg-pm.com


Pressekontakt

Frau Katrin Böttcher
Höhnerweg 2-4
69469 Weinheim
Telefon: +49 6201 80-5977
Fax: +49 6201 88-5977
E-Mail: katrin.boettcher@freudenberg-pm.com
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