Das japanische Unternehmen Asahi Kasei hat die Entwicklung einer neuen Technologie zur Vorabzugabe von Lithium in Hochvolt-Lithium-Ionen-Batterien mit negativen Elektroden auf Siliziumbasis bekannt gegeben. Die Technologie zielt darauf ab, den dauerhaften Kapazitätsverlust zu verringern, der normalerweise während des ersten Lade- und Entladezyklus auftritt, und zugleich die Energiedichte zu erhöhen sowie die Kosten siliziumreicher Batterien zu senken.
Die Methode basiert auf der Verwendung von Lithiumcarbonat als zusätzlicher Lithiumquelle. Dieses Material ist relativ kostengünstig und wird bereits in der Lithium-Ionen-Batterieindustrie eingesetzt. Seine Verwendung zur Vorab-Lithierung war jedoch schwierig, weil seine Zersetzungsspannung deutlich über dem üblichen nominalen Betriebsbereich von Batteriezellen liegt.
Wie funktioniert die Technologie?
Asahi Kasei verwendet spezielle Additive im Elektrolyten, um die Zersetzung von Lithiumcarbonat bei den üblichen Zellspannungen standardmäßiger Lithium-Ionen-Batterien zu unterstützen. Das Lithiumcarbonat wird der positiven Elektrode vorab als opfernde Lithiumquelle zugesetzt und zersetzt sich während des ersten Ladevorgangs, um die Zelle mit Lithium zu versorgen.
Die Bedeutung dieses Schritts liegt in der Bewältigung eines bekannten Problems von negativen Elektroden aus Silizium: Diese Elektroden verlieren beim ersten Laden einen großen Teil ihrer Kapazität irreversibel. Um diesen Verlust auszugleichen, ist normalerweise eine größere Menge an Aktivmaterial in der positiven Elektrode erforderlich, was den Materialverbrauch und die Kosten erhöht.
Testergebnisse und Fertigungspotenzial
Bei internen Tests an einer NMC-Zelle, also einer Zelle mit Nickel, Mangan und Kobalt, die eine negative Elektrode aus 90 % Graphit und 10 % Siliziumoxid enthielt, verzeichnete die Technologie eine um 10 % höhere Energiedichte. Das Unternehmen erklärte außerdem, dass es die Lebensdauer der Lade- und Entladezyklen verbessert und zugleich die Kosten pro Wattstunde gesenkt habe.
Der Technologie zufolge sind keine umfangreichen Änderungen an den bestehenden Batterieproduktionslinien erforderlich. Außerdem dürfte sie mit einer breiten Palette von Materialsystemen für positive und negative Elektroden einsetzbar sein. Dadurch ist die Entwicklung für Batteriehersteller relevant, die Silizium schrittweise in negative Elektroden integrieren möchten, ohne die Produktionslinien vollständig neu aufbauen zu müssen.
Was ändert sich in der Praxis?
Wenn sich die Ergebnisse in unabhängigen Bewertungen und im Produktionsmaßstab bestätigen, könnte die Technologie dazu beitragen, die in der Zelle gespeicherte Energie zu erhöhen und die Menge der benötigten positiven Materialien zum Ausgleich des anfänglichen Verlusts zu verringern. Asahi Kasei hat jedoch kein fertiges kommerzielles Produkt angekündigt, sondern erklärt, dass das Unternehmen mit Kunden weltweit Proof-of-Concept-Bewertungen (PoC) durchführen und praktische Anwendungen untersuchen werde.
Das Unternehmen plant, die Technologie zu lizenzieren und flexible Kooperationsmodelle anzubieten, die sich nach der jeweiligen Entwicklungsphase des Kunden richten. Dieser Schritt ist Teil der Initiative Technology-value Business Creation (TBC) im mittelfristigen Managementplan des Unternehmens. Ziel ist es, immaterielle Vermögenswerte wie Patente, Fachwissen, Daten und Algorithmen unter anderem durch Lizenzierung in Wert umzuwandeln.
Asahi Kasei strebt an, im Geschäftsjahr 2025–2027 mindestens 10 neue Lizenzvereinbarungen abzuschließen und bis etwa 2030 einen kumulierten Gewinnbeitrag von 10 Milliarden Yen oder mehr zu erzielen.