Nickelreiche Batterie-Kathoden (Hi-Ni-Kathoden & Hi-Si-Anoden)

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System technisch fertig entwickelt, abgenommen bzw. zertifiziert

Beschreibung

Nachdem frühere NMC-Generationen von Li-Ionen-Batterien gleiche Kathoden-Anteile von Nickel, Mangan und Kobalt (NMC111) aufwiesen, wurde der Nickel-Gehalt zuletzt zunehmend erhöht (NMC532 bis NMC622). Es kann davon ausgegangen werden, dass dieser in kommenden Fahrzeug-Generationen, die eine Li-Ionen-Batterie nutzen, weiter gesteigert wird. Laut Medienberichten könnte der Nickelgehalt in den Batterie-Kathoden der „Neue Klasse“-Modelle von BMW bei 90 % liegen. Vorteile einer Nickelreichen Kathode werden in der hohen Energie- und Leistungsdichte gesehen.

Parallel ist auch eine Materialveränderung in den Batterie-Anoden erkennbar. Der bisher dominierende Grafit weißt Nachteile im Hinblick auf Gewicht, Energiedichte und Ladedauer auf, weshalb Batterie- und Automobil-Hersteller eine Steigerung des Siiliziumanteils anstreben. Beispielsweise arbeitet Mercedes-Benz zusammen mit Partnern wie SilaNano an einer neuen Batteriegeneration, die eine deutliche Erhöhung des Siliziumanteils an der Anode aufweist. Bezüglich einer Marktdurchdringung der neuen Batteriegeneration rechnet Dr. Ulf Zillig (Nachhaltigkeits-Leiter von Mercedes-Benz) „bei der sogenannten Hi-Si-Anode mit einer Serienreife bis Mitte der Dekade“.

Chancen
  • Die Steigerung des Nickel-Gehalts bewirkt eine Reduzierung der anderen Kathoden-Bestandteile, was geringere Rohstoffkosten und weniger umstrittene Abbaumethoden zur Folge hat
  • Erhöhte Energiedichte (Reichweite) und Leistungsdichte (Ladegeschwindigkeit) bei batterieelektrischen Fahrzeugen (battery electric vehicle, BEV) 
Herausforderungen
  • Durch die Erhöhung Ni-Gehalt sinkt der Anteil anderer Bestandteile und Vorteile, die mit diesen einhergingen. Konkret könnte bei Überhitzung schneller der Zustand chemischer Instabilität erreicht werden
  • Die Steigerung des SI-Gehalt könnte zu einer hohen Volumenexpansion der Si-Anoden während der Li-Einlagerung führen. Dies hätte eine erhöhte mechanische Beanspruchung der Batterie zur Folge
  • Ein erhöhter Si-Gehalt könnte zu einer verringerten Zelllebensdauer und Energieeffizienz führen
Quellen:

Trend

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