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 Automatic Battery Pack Assembly Line For ESS

Kommen Festkörperbatterien?

June 17 , 2025
Die ultimative Form von Lithiumbatterien – Festkörperbatterien


Vorteile von Festkörperbatterien (SSBs)

Die Reichweite von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben (NEVs) wurde lange Zeit durch die Energiedichte der Batterie begrenzt, die wiederum maßgeblich durch die Kathoden- und Anodenmaterialien bestimmt wird. Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) haben mehrere Entwicklungsstufen durchlaufen, wobei vor allem die Kathodenmaterialien verbessert wurden – vom frühen Lithiumeisenphosphat (LFP) über Nickel-Kobalt-Mangan-Varianten (NCM) (z. B. NCM523, NCM622, wobei die Zahlen die Verhältnisse von Nickel, Kobalt und Mangan angeben) bis hin zum nickelreichen NCM811. Zukünftige Weiterentwicklungen könnten zu lithiumreichen Mangan-basierten (LRM) Kathoden führen.


Im Gegensatz dazu gab es bei Anodenmaterialien nur begrenzte Durchbrüche; die Entwicklung beschränkte sich auf Graphit zu Silizium-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen (Si-C). Während Si-C-Anoden eine Energiedichte von maximal ~400 Wh/kg bieten, könnte die Umstellung auf Lithium-Metall-Anoden (LMAs) theoretisch 2.600–3.500 Wh/kg ermöglichen – ein revolutionärer Sprung. LMAs sind jedoch aufgrund der Bildung von Lithiumdendriten während des Ladezyklus nicht mit herkömmlichen Flüssigelektrolyten (LEs) kompatibel. Diese Dendriten dringen in den Separator ein und verursachen interne Kurzschlüsse, thermisches Durchgehen und Brände. Trotz der unübertroffenen Energiedichte von LMAs erfordert ihre Einführung Festkörperelektrolyte (SSEs), die die Ionenleitfähigkeit von LEs erreichen und gleichzeitig die Dendritenbildung unterdrücken – ein wichtiger Treiber für die Entwicklung von Festkörperelektrolyten.

Ebenso sind LE-basierte Systeme spannungsbegrenzt (~4,2 V), was die Auswahl an Hochenergiekathoden einschränkt. SSEs ermöglichen Kathoden mit extremer Spannung (z. B. mit hohem Nickel- oder Schwefelgehalt), wodurch die Energiedichte weiter gesteigert wird.

Hauptunterschiede: SSBs vs. konventionelle LIBs
Der wichtigste Unterschied liegt im Ersatz flüssiger Elektrolyte und Separatoren durch feste Elektrolyte. Neben Sicherheit und Energiedichte bieten SSBs folgende Vorteile:
  • Fahrzeugleichtbau : Der Verzicht auf Separatoren und LEs (die ca. 40 % Volumen und 25 % Gewicht ausmachen) reduziert die Dicke. Die erhöhte Sicherheit ermöglicht zudem den Verzicht auf Wärmemanagementsysteme, was den volumetrischen Wirkungsgrad verbessert.
  • Zykluslebensdauer : Die Dendritenunterdrückung ermöglicht unter idealen Bedingungen ~45.000 Zyklen.
  • Schnelles Laden : Vollständiges Aufladen in Minuten.
  • Betriebstemperaturbereich : 3× breiter als LEs.


Herausforderungen und Entwicklungsfahrplan
SSBs sind mit Hürden wie geringer Ionenleitfähigkeit (aufgrund des schlechten Kontakts zwischen Festkörperelektrode und Elektrolytgrenzfläche) und hohen Kosten konfrontiert, was die Massenproduktion um 5–10 Jahre verzögert. Um den Grenzflächenwiderstand zu verringern, werden Hybridelektrolyte (teilweise flüssiger Inhalt) verwendet, was zu einem schrittweisen Übergang führt:
  1. Halbfeststoffbatterien (≤10 % Flüssigkeit) – Sicherheit und Produktionskompatibilität haben Priorität.
  2. Quasi-Festkörperbatterien (≤5 % Flüssigkeit) – Gleichgewicht zwischen Leistung und Herstellbarkeit.
  3. Festkörperbatterien (ohne Flüssigkeit) – Endziel.


Halbfeste Batterien bieten zwar keine signifikant höhere Energiedichte, zeichnen sich aber durch höhere Sicherheit (z. B. Stoßfestigkeit, Überhitzungs- und Kurzschlussfestigkeit) und Fertigungskompatibilität (nur geringfügige Anpassungen an bestehenden Produktionslinien für Pouch-Zellen erforderlich) aus. Dies erklärt ihre schnelle Verbreitung in aktuellen Elektrofahrzeugmodellen.

Die Entwicklung von Festkörperbatterien erlebt einen schrittweisen Durchbruch. Halbfestkörperbatterien (Flüssigkeitselektrolytgehalt ≤ 10 %) erreichen als erste die kommerzielle Anwendung mit höherer Sicherheit und Produktionslinienkompatibilität. Führende chinesische und amerikanische Unternehmen konzentrieren sich auf Oxid- und Sulfid-Festelektrolytsysteme und streben dabei hohe Stabilität bzw. hohe Ionenleitfähigkeit an. Die Technologie-Roadmap zeigt, dass zwischen 2030 und 2035 ein Durchbruch bei Quasi-Festkörperbatterien (Flüssigkeitsgehalt ≤ 5 %) erreicht wird und schließlich das Zeitalter vollständig flüssigkeitsfreier Festkörperbatterien anbricht.


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Vorgelagerte Materialien : Batteriekathoden- und -anodenmaterial, Batterieseparator und -band usw.
Zellforschung und -entwicklung : Labor-Vakuummischer, Schlammfilter, Elektrodenbeschichtungsmaschine , Walzpressmaschine, Stanzmaschine, Ultraschall-Punktschweißgerät , Handschuhfach, Batterieversiegelungsmaschine usw.
Packungsmontage : Lithiumzellen-Sortiermaschine, Batteriezellen-Sortiermaschine, Akkupack-Punktschweißgerät, umfassender Batterietester, Batteriealterungsmaschine usw.

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