Ziel des EU-finanzierten Projekts Eco Com’bat war es, eine nachhaltige nächste Generation von Hochvolt-Lithium-Ionen-Batterien zu entwickeln und ihre Produktion zu verbessern. Laut den Projektpartnern aus Industrie und Forschung ist dies geglückt.
„Die Hauptaufgabe des Eco Com’bat-Projekts bestand darin, konventionelle, oft teure, seltene oder sogar kritische Materialien wie Kobalt in den Elektroden und Fluor im Elektrolyten zu ersetzen“, erklärt Projektkoordinator Andreas Bittner vom Fraunhofer ISC. Im Rahmen des Projekts wurden Ormocer®-beschichtetes, kobaltarmes NMC 622 und ein spezieller Hochspannungselektrolyt auf Basis des Leitsalzes Lithium-Bis(fluorsulfonyl)imid (LiFSI), das auch bei hohen Spannungen stabil betrieben werden kann, an die hohen Batterieanforderungen angepasst und optimiert.
Dies habe zu einer Verringerung des Kobaltgehalts um ungefähr 20 Prozent und zu einer Verringerung des Fluorgehalts im Elektrolyten um zwei Drittel geführt. Energie- und Leistungsdichte konnten dem Fraunhofer ISC zufolge durch den Einsatz von strukturgebenden Additiven wie Porocarb® und Graphistrength® deutlich erhöht werden. Die nachhaltigen Materialien wurden in gängigen Pouchzellen verarbeitet, die eine um bis zu 50 Prozent höhere Zyklenstabilität (bei 4,3 V) als die industriellen Referenzproben im Vergleichstest zeigten.
Hochskalierung auf Pilotmaßstab
Normalerweise seien mehrere Upscaling-Schritte erforderlich, um von der experimentellen Laborebene zur Produktionstauglichkeit zu gelangen. Im Rahmen des Eco Com’bat-Projekts sei es den Partnern jedoch mit wenigen Upscaling-Schritten gelungen, eine relevante Pilotstufe für Losgrößen von bis zu 20 Kilogramm zu erreichen. Zur Optimierung der Materialien und -Zellen wurde im Rahmen des Projekts eine umfassende Simulation der Batterieleistung und -alterung durchgeführt. Darüber hinaus wurde ein effizientes Recyclingkonzept entwickelt und getestet, um wertvolle Materialien wie Nickel, Kobalt, Graphit und Lithium nicht nur elementar, sondern auch in Form der verarbeiteten Funktionsmaterialien zurückzugewinnen und so ein hohes Maß an Nachhaltigkeit zu erreichen.
Die guten Projektergebnisse lassen dem Fraunhofer ISC zufolge auf eine ökonomisch sehr interessante neue Generation nachhaltiger Hochvoltbatterien hoffen. Die verschiedenen im Projekt entwickelten und getesteten Batteriematerialien wiesen hervorragende Leistungs- und Verarbeitungseigenschaften auf. Die Materialien könnten schnell in einen produktionsnahen Maßstab hochskaliert werden, wenn entsprechende Nachfrage bestehe.
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