EMBATT2.0

Material- und Prozessentwicklung für die effiziente Fertigung der großformatigen Bipolarbatterie

Laufzeit der angegebenen Teilprojekte: 01.07.2016 bis 30.06.2019
Fördersumme der angegebenen Teilprojekte: 3.455.836,00 €
Projektvolumen der angegebenen Teilprojekte: keine Angabe

 

Teilprojekt 1

Neuartige Syntheseprozesse für die effiziente Herstellung hochperformanter LNMO-Aktivmaterialien

Förderkennzeichen: 03XP0068A

Glatt Ingenieurtechnik GmbH
99427 Weimar
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Teilprojekt 2

Entwicklung eines applizierbaren Dichtsystems

Förderkennzeichen: 03XP0068B

Isocoll Chemie GmbH
86720 Nördlingen
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Teilprojekt 3

Förderkennzeichen: 03XP0068C

IAV GmbH - Chemnitz/Stollberg
09366 Stollberg
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Teilprojekt 4

Material- und Prozessentwicklung für die effiziente Fertigung der großformatigen Bipolarbatterie EMBATT

Förderkennzeichen: 03XP0068D

Litarion GmbH
01917 Kamenz
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Teilprojekt 5

Förderkennzeichen: 03XP0068E

Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V., Polymerstrukturen
01069 Dresden
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Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V., Funktionale Nanokomposite und Blends
01069 Dresden
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Teilprojekt 6

Beschichtungsprozesse für die effiziente Fertigung der großformatigen Bipolarbatterie EMBATT

Förderkennzeichen: 03XP0068F

KMS Technology Center GmbH
01217 Dresden
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Teilprojekt 7

Förderkennzeichen: 03XP0068G

Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme, Mobile Energiespeicher
01277 Dresden
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Teilprojekt 8

Material- und Prozessentwicklung für die effiziente Fertigung der großformatigen Bipolarbatterie EMBATT

Förderkennzeichen: 03XP0068H

thyssenkrupp System Engineering GmbH - Standort Hohenstein-Ernsttahl, Technical Center Battery
09212 Limbach-Oberfrohna
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Teilprojekt 9

Prozessluft

Förderkennzeichen: 03XP0068I

ULT AG
02708 Löbau
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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

Für eine künftig breite Marktdurchdringung von Elektrofahrzeugen ist es nötig, die Produktkosten von Batteriesystemen auf weniger als 200 Euro/kWh zu verringern, durch Energiedichten von mehr als 450 Wh/L alltagstaugliche Reichweiten zu erreichen, sowie eine hohe Sicherheit zu gewährleisten.

Diese Entwicklungsaufgabe wurde für die etablierte monopolare Lithium-Zell-Technologie bisher mit inkrementellen, evolutionären Ansätzen adressiert, die bei der Einführung von Aktivmaterialien mit erhöhter Energiedichte oder optimiertem Zell- und Systempackaging ansetzen. Insbesondere die geforderten Energiedichten konnten auf diesem Wege allerdings bisher nicht erreicht werden. So stehen kommerziell inzwischen Lithium-Ionen-Zellen mit mehr als 650 Wh/L zur Verfügung. Im Ergebnis der notwendigen Integration im Batteriesystem ergibt sich aber wiederum eine signifikant niedrigere volumetrische Energiedichte von ca. 250 Wh/L.

Das EMBATT2.0-Konsortium setzt auf einen Ansatz, der im Gegensatz zu etablierten Lithium-Ionen-Batteriesystemen großflächige Bipolarbatteriestapel als zentrales Speicherelement nutzt. Gegenstand von EMBATT2.0 sind konkrete Material- und Prozessentwicklungen für EMBATT. An diesen Arbeiten beteiligen sich Partner mit ausgewiesener Expertise entlang der gesamten Wertschöpfungskette.

Bipolare Elektrodenaufbauten, wie etwa in der Brennstoffzellentechnik bereits bekannt, stapeln Einzelzellen als Stack und schalten diese in Reihe. Ein solcher Aufbau umgeht aufwändiges Zellpackaging und liefert Stackspannungen, die sich über die Anzahl der gestapelten Einzelzellen ergeben. Dadurch wird die Verbindungstechnik stark vereinfacht, da die Elektrodenträgerfolien selbst als großflächige Zellverbinder fungieren und der geringe Innenwiderstand die Möglichkeit gibt, sehr große Elektrodenflächen zu realisieren. Das EMBATT-Konzept überführt damit die hohe Energiedichte auf Zellebene direkt ins Batteriesystem und eliminiert den Modulaufbau als Zwischenebene. Damit werden Systemenergiedichten von mehr als 450 Wh/L ermöglicht.


Inhalt und Arbeitsschwerpunkte

Arbeitsschwerpunkte sind die Entwicklung von kostengünstig herstellbarem Kathodenmaterial LiNi0,5Mn1,5O4 mit einer definierte Primärpartikelgröße und ausgebildeten Kristalloberflächen.

Des Weiteren wird im Rahmen des Projektes eine anisotrop elektrisch leitfähige Polymerfolie als Ableiter mit elektrischer Leitfähigkeit in Richtung der Flächennormalen entwickelt werden, sowie ein polymerer Elektrolyt auf Basis von polymeren ionischen Flüssigkeiten, welcher eine definierte ionische Leitfähigkeit aufweist.

Diese Komponenten sollen aufeinander abgestimmt und mit weiteren Zellbestandteilen in eine Bipolarelektrode überführt werden. Anschließend wird ein geeignetes Zellkonzept entwickelt.

Die Elektroden werden anschließend in das Bipolarstackkonzept überführt. In diesem Zusammenhang wird ein angepasstes Dichtkonzept entwickelt und für den Zellstapel evaluiert.

Abschließend wird das entwickelte Stackkonzept simuliert, modelliert und anschließend validiert werden. Darauf aufbauend wird ein Batteriemanagementsystem entwickelt und betreffs elektrischen, thermischen und sicherheitsrelevanten Anforderungen angepasst werden.


Nutzung der Ergebnisse und Beitrag zur Energiespeicherung

Die anspruchsvollen Ziele des Projektes EMBATT2.0 werden von einem Verbund kompetenter Partnern entlang der Wertschöpfungskette vom Materialhersteller über den Technologietreiber bis zum Anwender bearbeitet. Die Bündelung dieser breiten Palette an Kompetenzen schafft optimale Voraussetzungen, die Erforschung neuer Materialien und innovativer Prozesse für die Realisierung großflächiger Bipolarbatterien zielgerichtet anzugehen. Dadurch können die technischen Risiken reduziert werden, die aus dem hohen wissenschaftlichen Anspruch und der technologischen Breite der Projektziele resultieren.

Mit erfolgreicher Umsetzung der Projektziele wird für den Wirtschaftsstandort eine neue Generation von Energiespeichern erschlossen. Die EMBATT-Technologie bietet aufgrund ihrer hohen Energiedichte von mehr als 450 Wh/L bei geplanten Systemkosten von weniger als 200 Euro/kWh [IAV/tk SY interne Studie] eine potenziell hohe Marktdurchdringung in Anwendungsgebieten für Industrie, erneuerbare Energien sowie den Nutz- und Individualverkehr.


Kurzkategorisierung

Energiespeichertypen

Metall-Ionen-Batterien

Anwendungsfelder

mobil

Förderempfänger

Industrie, Dienstleister, Forschungs- und Entwicklungseinrichtung


Schlagworte der Teilprojekte des Verbundprojekts

Teilprojekt 1

Energiespeichertyp

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

Forschungsgegenstand

Zelle Elektroden Kathode Aktivmaterial

Forschungsbereiche

Produktion Materialherstellung Aktivmaterial

Produktion Materialherstellung Maßstab Technikum

Produktion untersuchte Eigenschaften, Arbeitsfeld Entwicklung neuer Prozesse

Produktion untersuchte Eigenschaften, Arbeitsfeld Hochskalierung

Anwendungsfelder

mobil Antriebsart BEV

Förderempfänger

Industrie Anlagen-, Maschinenbau und Automatisierung Veredelung und Verarbeitung von Pulvern

Teilprojekt 2

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Kathode NMC Nickelreich

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 Bipolar-Zelle

Anwendungsfelder

mobil Antriebsart BEV

Förderempfänger

Industrie chemische Industrie

Teilprojekt 3

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Kathode NMC Nickelreich

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 Bipolar-Zelle

Anwendungsfelder

mobil Antriebsart BEV

Förderempfänger

Dienstleister Fahrzeugtechnik Antriebsstrangentwicklung

Dienstleister Fahrzeugtechnik Elektronikentwicklung

Dienstleister Fahrzeugtechnik Fahrzeugentwicklung

Teilprojekt 4

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Kathode NMC Nickelreich

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 Bipolar-Zelle

Anwendungsfelder

mobil Antriebsart BEV

Förderempfänger

Industrie Zellhersteller

Teilprojekt 5

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Kathode NMC Nickelreich

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 Elektrolyt Festkörper polymere ionische Flüssigkeit

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Bipolar-Zelle

Anwendungsfelder

mobil Antriebsart BEV

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung außeruniversitäre Einrichtung

Teilprojekt 6

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Kathode NMC Nickelreich

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 Bipolar-Zelle

Anwendungsfelder

mobil Antriebsart BEV

Förderempfänger

Industrie Anlagen-, Maschinenbau und Automatisierung

Teilprojekt 7

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Kathode NMC Nickelreich

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 Bipolar-Zelle

Anwendungsfelder

mobil Antriebsart BEV

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung außeruniversitäre Einrichtung

Teilprojekt 8

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Kathode NMC Nickelreich

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

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

Anwendungsfelder

mobil Antriebsart BEV

Förderempfänger

Industrie Anlagen-, Maschinenbau und Automatisierung

Teilprojekt 9

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Kathode NMC Nickelreich

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 Bipolar-Zelle

Anwendungsfelder

mobil Antriebsart BEV

Förderempfänger

Industrie Anlagen-, Maschinenbau und Automatisierung Absaug- und Filtergeräte

Verbundprojektleiter

Herr Dr. Lars Leidolph
Glatt Ingeniuertechnik GmbH
Advanced Powder Technology
Nordstr. 12
99427 Weimar

Telefon: +49 3643 471309
E-Mail: Lars.Leidolph@glatt.com


Pressekontakt

Herr Dr. Lars Leidolph
Nordstr. 12
99427 Weimar
Telefon: +49 3643 471309
E-Mail: Lars.Leidolph@glatt.com

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