Tropex

Trocken präparierte Hochenergie-Kathoden durch Extrusion in gewickelten Vollzellen

Teilprojekt 1

Laufzeit: 01.09.2019 bis 31.12.2021

Fördersumme: 198.768,00 €

Projektvolumen: keine Angabe
 

ausführende Stelle:

Varta Microbattery GmbH
Daimlerstr.  1
73479 Ellwangen (Jagst)

zum Internetauftritt

Zuwendungsempfänger:

Varta Microbattery GmbH

zum Internetauftritt

Fördergeber: BMBF, Referat 523

Förderkennzeichen: 03XP0235A

Projektträger: PT-J

Leistungsplansystematik:
KB2220 Li-Ionen-Batterien

Förderprofil: Technologie- und Innovationsförderung

Förderart: PDIR

Kurzbeschreibung des Teilprojektes

  • Wickeln extrudierter Elektrodenfolien im industriellen Maßstab


Ausführliche Beschreibung des Teilprojektes

Herausforderungen und Ziele

Im ersten Schritt sollen Granulate erforscht werden, die eine sehr hohe Verdichtung aufweisen. Dazu werden die Garnulationsparameter konsequent erforscht und der Kompaktierungsgrad bestimmt.
Allerdings müssen diese Granulate bei der Extrusion eine homogene Elektrodenschicht ergeben, die fest miteinander und dem Ableiter verhaftet ist. Ferner muss sie bis zu kleinen Radien flexibel sein, um daraus Wickelzellen herstellen zu können. Das wird durch Variation der Rezepturen und der Extrusionsparameter angestrebt


Inhalt und Arbeitsschwerpunkte

Bisher wurden nach Kenntnis des Antragstellers keine Versuche zum Wickeln extrudierter Elektrodenfolien im industriellen Maßstab durchgeführt. Hier betreten wir also Neuland, verbunden mit allen Unwägbarkeiten, die damit verbunden sind. Um das Wickeln extrudierter Elektrodenfolien im industriellen Maßstab zu ermöglichen wird die Granulation für die trockene Extrusion erforscht, die Pilotelektroden evaluiert und das Herstellen, das Testing und die Elektrodenbalancierung von 21700-Zellen erprobt.


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. € erreicht, wovon etwa 40% 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.


Laufzeit der angegebenen Teilprojekte: 01.09.2019 bis 31.08.2022
Fördersumme der angegebenen Teilprojekte: 2.269.885,00 €
Projektvolumen der angegebenen Teilprojekte: keine Angabe

Teilprojekt 1:

Förderkennzeichen: 03XP0235A

Varta Microbattery GmbH
73479 Ellwangen (Jagst)

Teilprojekt 2:

Förderkennzeichen: 03XP0235B

Breyer GmbH Maschinenfabrik
78224 Singen

Teilprojekt 3:

Förderkennzeichen: 03XP0235C

Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg – Standort Ulm, Geschäftsbereich Elektrochemische Energietechnologien
89081 Ulm

Fördergeber: BMBF, Referat 523

Projektträger: PT-J

Leistungsplansystematik:
KB2220 Li-Ionen-Batterien

Förderprofil: Technologie- und Innovationsförderung

Förderart: PDIR

Ausführliche Beschreibung des Verbundprojektes

Herausforderungen und Ziele

Ziel dieses Projekts ist es, Kosten und Umweltfreundlichkeit von Lithium-Ionen-Zellen mit hoher Energiedichte deutlich zu verbessern ohne dadurch die Performance zu beeinträchtigen. Erreicht werden soll dies durch die Erarbeitung eines lösungsmittelfreien Herstellungsprozesses von Hochenergie-Kathoden. Die trocken hergestellten Elektroden sollen universell verarbeitbar und damit auch wickelbar sein. Dies soll in dem zukunftsweisenden Format 21700 nachgewiesen und bezüglich möglicher Endanwendungen evaluiert werden.
Das nickelreiche Schichtoxid NCM 622 gilt derzeit als optimales Kathodenmaterial zur Herstellung von Hochenergie-Kathoden für den Einsatz in Elektrofahrzeugen. Der Großteil der Forschung und Entwicklung für die Elektromobilität fokussiert sich kathodenseitig auf dieses Material. Während geeignete Anoden in einem wasserbasierten Prozess hergestellt werden können, ist die Ver-arbeitung von NCM 622 in Wasser nicht möglich. Hier werden große Mengen des teuren, gesundheits- und umweltschädlichen organischen Lösungsmittels N-Methyl-pryrrolidon (NMP) eingesetzt, das in einem aufwendigen und teuren Trocknungsprozess wieder entfernt werden muss.


Inhalt und Arbeitsschwerpunkte

Das Projektmanagement und die Spezifikation des Verbundprojektes, die Erforschung der Granulation für die trockene Extrusion und die Evaluierung der Pilotelektroden und des Elektrodenbalancing in 21700-Zellen sowie die Herstellung und Testing der 21700-Zellen erfolgt durch die Varta Microbattery GmbH. Die Erforschung der trockenen Elektrodenherstellung im Labormaßstab, der Prozess-Eigenschaftsbeziehungen in Halb- und Vollzellen sowie das Testing von Vollzellen erfolgt durch das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW). Die Breyer GmbH übernimmt die Erforschung der Granulation für die trockene Extrusion.


Nutzung der Ergebnisse und Beitrag zur Energiespeicherung

Das Projekt erarbeitet mit einem Zeithorizont von drei Jahren die Vorbereitungen zur Umsetzung in einen hochskalierten Prozess. Die gewonnenen Erkenntnisse können prinzipiell auch auf neue Materialien übertragen werden. Das Verständnis der Prozesse wird einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung der Kosteneffizienz leisten. Der Lösungsansatz, die Elektroden bis hin zu ihrer Verarbeitbarkeit zu industrierelevanten Formaten zu evaluieren, erhöht die Einschätzbarkeit der neuen Technologie.
Wenn die Ziele des Projekts realisiert werden können, ist zum Projektende die Demonstration von Lithium-Ionen-Zellen mit sehr hoher Energiedichte und dennoch guter Leistung und hoher Sicherheit aus einem sehr kostengünstigen Prozess in dem zukunftsweisenden sehr breit einsetzbaren Format 21700 zu erwarten. Umfangreiche Kenntnisse über den Herstellungsprozess werden vorliegen. Ein innovativer und flexibler Extrusionsprozess ermöglicht dem Produktionsstandort Deutschland einen signifikanten Vorteil, um die Wettbewerbsfähigkeit in diesem Mark zu stärken. Die Aussicht auf eine Technologieführerschaft kann einen Motivationsschub für die bisher fehlende Massenproduktion von Lithium-Ionen-Zellen in Deutschland bewirken.


Kurzkategorisierung

Energiespeichertypen

Metall-Ionen-Batterien

Anwendungsfelder

mobil, stationär

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 Hochenergiesystem

Forschungsgegenstand

Zelle Elektroden Kathode

Forschungsbereiche

Produktion Zelle mit Flüssigelektrolyt Elektrodenfertigung trocken

Produktion Zelle mit Flüssigelektrolyt Elektrodenfertigung Beschichten Direktbeschichten bzw. Extrusion

Anwendungsfelder

mobil

stationär

Förderempfänger

Industrie Batteriehersteller

Industrie Zellhersteller

Teilprojektleiter

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

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


Verbundprojektleiter

Herr Dr. Matrin Krebs
VARTA Microbattery GmbH
R&D
VARTA-Platz 1
73479 Ellwangen
Telefon: +49 7961 921-432


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
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Pressekontakt für Verbundprojekt

kein Pressekontakt