Nachhaltige, günstige Batterien: PowerCo entwickelt „Gamechanger“-Technologie für die Zellfertigung

Die PowerCo SE will in ihren Zellfabriken in Europa und Nordamerika ganz neue Produktionsverfahren einsetzen und damit erhebliche Effizienz- und Nachhaltigkeitsvorteile bei der Volumenfertigung von Batteriezellen erzielen. Das in Salzgitter/Niedersachsen ansässige Batterie-Unternehmen des Volkswagen Konzerns arbeitet unter anderem daran, das so genannte Dry Coating zu industrialisieren. Mit dieser Technologie kann der Energieverbrauch in der Zellfertigung um rund 30 Prozent gesenkt werden. In internen Tests hat sich das entwickelte Verfahren bereits bewährt. Die Weiterentwicklung und Industrialisierung des Dry Coating-Verfahrens geht die PowerCo nun unter anderem zusammen mit dem deutschen Druckmaschinenspezialist Koenig & Bauer AG an.
 
Thomas Schmall, Konzernvorstand Volkswagen Group Technology und Aufsichtsratsvorsitzender der PowerCo: „Technologien wie das Dry Coating untermauern die technologische Schlagkraft der PowerCo. Wir haben das nötige Know-how und die richtigen Experten, um die Zellfertigung auf ein neues Level zu bringen und erhebliche Kostenvorteile für unsere Kunden zu heben. Unser Ziel sind nachhaltige und günstige Batterien aus eigener Produktion.“

PowerCo und Koenig & Bauer haben einen Kooperationsvertrag zur Entwicklungszusammenarbeit (Joint Development Agreement) geschlossen. Das gemeinsame Ziel ist die Entwicklung einer Walzenanlage zur industriellen Pulverbeschichtung von Elektroden in Großserie. Beim Dry Coating-Verfahren müssen Elektroden nicht nass beschichtet und anschließend aufwändig getrocknet werden. Damit entfällt nicht nur der energieintensivste Teil der heutigen Zellfertigung, sondern auch der Einsatz von chemischen Lösemitteln. Die PowerCo testet und optimiert die Technologie bereits in einer Pilotlinie in einem PowerCo-Labor in Norddeutschland. Koenig & Bauer wird als Druckspezialist eine Anlage zur industriellen Pulverbeschichtung entwickeln.

Der neue Prozess hat nach PowerCo-Berechnungen das Potential, rund 30 Prozent Energie, rund
15 Prozent Fabrikfläche und damit hunderte Millionen Euro Fertigungskosten pro Jahr zu sparen. Frank Blome, CEO der PowerCo SE: „Die Trockenbeschichtung ist für die Produktion das, was die Feststoffzelle für das Produkt ist – ein echter Game-Changer, der uns bei erfolgreicher Skalierung in Großserie eine klare Alleinstellung und damit klare Wettbewerbsvorteile verschafft.“

Pulver statt Brei: Die Besonderheiten des Dry Coating-Verfahrens
Die Elektroden (Kathode und Anode) stellen das „Herzstück” der Batteriezelle dar, das u.a. die Energiedichte und Leistungsfähigkeit der Batterie definiert. Bei der Elektrodenfertigung nach heutigem Industriestandard werden die Batteriematerialien mit Additiven und flüssigen Lösemitteln zu einem feuchten Brei verrührt (Mixing), dann auf Trägerfolien aus Kupfer bzw. Aluminium aufgetragen (Coating) und anschließend getrocknet (Drying) und gewalzt (Calendering).

Beim Dry Coating-Verfahren der PowerCo werden die pulverförmigen Basiszutaten ähnlich eines Druckverfahrens direkt auf die Folie gewalzt. Damit entfallen zwei von vier Prozessschritte der Elektrodenfertigung. Das Pulver kann auch ohne Lösemittel extrem dünn und gleichmäßig aufgetragen werden, die Schicht ist ungefähr so dünn wie ein Kopfhaar. Das gewährleistet eine hervorragende Flächen-Energiedichte bei gleichzeitig hoher Lebensdauer und verbesserter Schnellladefähigkeit der Batteriezelle.

Innovationssprung für grüne Batteriezellen
Die Auswirkung auf den Flächenbedarf der Zellfabrik ist mit 15 Prozent Reduzierungspotential enorm. Pro Gebäudeblock einer Standard-Gigafactory mit rund 20 GWh Produktionskapazität entfallen vier parallele Beschichtungs- und Trocknungslinien. Das entspricht mehr als 7.000 Quadratmetern Fläche.

Die Außenlänge der Zellfabrikgebäude kann daher um jeweils rund 100 Meter reduziert werden. Der Wegfall der energieintensiv arbeitenden Trockenöfen und Absaugungsvorrichtungen spart eine Energiemenge, die dem Jahresverbrauch von rund 40.000 Privathaushalten entspricht.

Zudem entfällt der Einsatz chemischer Lösemittel, die nach heutigem Industriestandard in rund 20 Meter hohen, silo-artigen Türmen außerhalb der Produktionshalle aufwendig und ebenfalls energieintensiv wiederaufbereitet werden müssen.

Koenig & Bauer: Führender Druckmaschinenhersteller der Welt
Koenig & Bauer verfügt als ältester Druckmaschinenhersteller der Welt über das breiteste Produktportfolio der Branche. Kernkompetenz dieses Partners ist die Herstellung von technologisch innovativen und wirtschaftlichen Drucksystemen. Die Entwicklungsphase der neuen Prozesstechnologie soll bis Ende 2024 abgeschlossen sein. Für den Zeitraum nach Erreichen der Entwicklungsziele wurden exklusive Rechte vereinbart, die im Detail vertraulich sind und für die gesonderte Verträge abgeschlossen werden. Der Serieneinsatz ist aus heutiger Sicht ab 2026/2027 vorgesehen. PowerCo-Produktionsvorstand Sebastian Wolf (Chief Operations Officer): „Unsere Standardfabriken sind ,retrofittable‘, also einfach und schnell nach- oder umrüstbar. Wir haben insgesamt rund 30 absehbare Produkt- und Produktionsinnovationen von vornherein antizipiert und können die Fabrik auf alle relevanten neuen Prozesse umstellen, sobald diese marktreif sind.“