Next generation power batteries (NEWBIE)

Abstract

Das NEWBIE-Projekt zielte auf die Entwicklung nachhaltiger, sicherer und schnell aufladbarer Lithium-Ionen-Batterien (LIB) der nächsten Generation mit langer Lebensdauer für die Elektromobilität ab. Im Mittelpunkt stand ein ganzheitlicher Ansatz zur Optimierung von Produkt und Produktion. Zur Zielerreichung wurden innovative Lösungen kombiniert, so waren unter anderem optimierte Zellchemien, verbesserte Kühlung auf Modulebene, ressourcenschonende Materialien und Reduktion des Lösungsmittels Teil des Konzepts. Die Zellspezifikationen und Ziel-KPIs wurden abgestimmt und zwei Rezepte für die Zellvarianten GEN1 und GEN2 entwickelt, um eine hohe Energiedichte und Zyklenstabilität (>80% SoC nach 1000 Zyklen) zu erreichen. Die Schnellladefähigkeit und hohe Energiedichte (>600 Wh/L, <15 Minuten) wurde bei GEN2 durch einen Si/C-Graphit-Blend an der Anodenseite erzielt. Innerhalb des Projektzeitraums wurden 211 GEN1-Zellen und 372 GEN2-Zellen hergestellt, wobei ein Großteil an MAHLE für den Modulaufbau geliefert und fürs Testing verwendet wurde. Die Herstellung der Elektroden mit reduziertem Lösemittelanteil führte zu Energie- und Kosteneinsparungen sowie reduzierten CO2-Emissionen, trotz Herausforderungen wie erhöhtem ionischen Widerstand und Kapazitätsverlusten bei den Anoden. Bei der Kathode konnten ähnliche Elektrodenqualitäten durch Modifikation der Rußstrukturen erreicht werden, wobei eine zu starke Lösemittelreduktion zu Stabilitätsproblemen führte. Neu entwickelte Trocknungstechnologien wie Induktionstrocknung und Lasertrocknung wurden an bestehenden Beschichtungsanlagen integriert und getestet, um Energiesparpotenziale und Elektrodenqualität zu bewerten. Das Batteriemodul wurde durch verschiedene Simulationen entwickelt und hat eine potenziellen Packarchitektur von sechs Modulen und eine maximale Spannung von ca. 800 V. Jedes Modul enthält 32 in Reihe geschaltete Zellen. Ladezeiten von 10,7 Minuten (GEN1) bzw. 13,4 Minuten (GEN2) wurden in der Modulebene erreicht, d.h. das Projektziel einer Ladezeit unter 15 Minuten von 10 bis 80 % SoC konnte erfüllt werden.