Risikofaktor Batterie Industrialisierung von Li-Ion-Batterien für Automobilanwendungen

SB LiMotive
SB LiMotive

Der Schlüssel für den Erfolg von Hybrid- und Elektroautos ist die Batterietechnologie. Die Automobilindustrie setzt dabei auf Lithium-Ionen-Batterien als Energiespeicher, weil sie aktuell die besten Entwicklungs-Chancen bieten. Die Anforderungen der Automobil-Branche an diese Technologie sind hoch und SB LiMotive konzentriert sich bei der Weiterentwicklung der Li-Ion-Batterien im Wesentlichen auf die Themen Kosten, Energie- und Leistungsdichte, Lebensdauer und Sicherheit.

Sicher wird der Erfolg der Elektroautos ganz wesentlich vom Preis abhängen, und die Batterie ist dabei die teuerste Komponente. Diese Kosten können durch die Weiterentwicklung der Zellchemie, durch Optimierung der Fertigungsverfahren und mithilfe von Skaleneffekten reduziert werden.  Ein weiteres wichtiges Erfolgskriterium ist die Reichweite. Sie ist abhängig von der Energiedichte der Batteriezelle. SB LiMotive hat das Ziel, die Energiedichte um den Faktor 2 zu verbessern und so Reichweiten um die 200 km zu realisieren. Auch das gelingt vor allem, indem man die Materialien der Zellchemie optimiert. Mit einer verbesserten Energiedichte können auch Gewicht und Größe der Li-Ion-Batterie reduziert werden. Heute hat eine Batterie einen Energieinhalt  von 35 kWh, ein Gewicht von zirka 350 kg und füllt mit ihrem Volumen von 350 l den Kofferraum eines Autos der Kompaktklasse aus. Dazu ist eine lange Lebensdauer unabdingbar für den wirtschaftlichen Erfolg im Automobil. Die Batterie soll keine Service-Komponente sein, sondern ein Autoleben lang halten. Über die Lebensdauer von mindestens zehn Jahren darf die verfügbare Batteriekapazität nicht unter 80 Prozent der Ursprungskapazität sinken. Beim Hybridfahrzeug kommen in dieser Zeit mehr als eine Million kurze Ladezyklen zusammen, denn der Hybrid wechselt sehr häufig zwischen Entladen und rekuperativem Laden. Beim Elektroauto zielt SB LiMotive auf 2.000 bis 2.500 Vollladezyklen. Das entspricht bei einer Reichweite von 150 bis 200 km je Batterieladung einer Fahrleistung von rund 300.000 km und einer aktiven Betriebszeit von 8.000 h. Da eine Li-Ion-Batterie für Elektro- oder Hybridfahrzeuge aus einer Reihenschaltung von vielen Einzelzellen besteht, ist es eine wesentliche Grundvoraussetzung für eine hohe Lebensdauer, dass alle Zellen über die gesamte Lebensdauer gleiche Eigenschaften aufweisen. Hierfür ist entscheidend, dass die Zellen fehlerfrei mit einer äußerst geringen Fertigungstoleranz hergestellt werden. Eine sehr hohe Produktionsqualität ist unter den genannten Erfolgsfaktoren eine der größten Herausforderungen und bedeutet einen besonders hohen Entwicklungsaufwand und Know-how-Einsatz.