Materialien für wiederaufladbare Batterien

Was sind wiederaufladbare Batterien?

Wiederaufladbare Batterien, auch Sekundärbatterien genannt, sind chemische Zellen, die mehrfach wiederaufgeladen und wiederverwendet werden können.

In den kommenden Jahren werden LIBs und andere wiederaufladbare Batterien in der Technologie und im täglichen Leben voraussichtlich eine immer wichtigere Rolle spielen, und zwar aus einem einfachen Grund: Die Energiespeicherfähigkeit wiederaufladbarer Batterien wird allgemein als unverzichtbar angesehen, um das Ziel der CO2-Neutralität bis 2050 zu erreichen. Zu diesem Zweck werden wiederaufladbare Batterien mittlerweile nicht mehr nur als Energiequellen für Elektrofahrzeuge eingesetzt, sondern auch als stationäre Energiespeicher in Infrastrukturanlagen, die verschiedene gesellschaftliche Plattformen unterstützen.
Eine wichtige Infrastrukturfunktion für wiederaufladbare Batterien wird darin bestehen, Angebot und Nachfrage in erneuerbaren Energieanlagen auszugleichen. Um CO2-Neutralität zu erreichen, müssen wir die Nutzung erneuerbarer Energiequellen ausweiten. Dieses Ziel wird jedoch durch die unvorhersehbare Natur erneuerbarer Energien erschwert: Die von erneuerbaren Energieanlagen gelieferte Strommenge hängt stark von den Wetterbedingungen ab, was häufig zu einem erheblichen Missverhältnis zwischen Angebot und Nachfrage führt. Wiederaufladbare Batterien werden voraussichtlich eine Schlüsselrolle beim Ausgleich solcher Missverhältnisse spielen, nicht nur an Stromerzeugungsstandorten, sondern auch in Übertragungsleitungen und an Standorten, an denen Strom verbraucht wird. Eine weitere wichtige Rolle für stationäre wiederaufladbare Batterien wird darin bestehen, als Notstromquellen für Rechenzentren, Mobilfunk-Basisstationen und andere wichtige Infrastruktureinrichtungen zu dienen, auf die moderne digitale Gesellschaften angewiesen sind.

Asahi Kasei bietet eine Vielzahl maßgeschneiderter Harzmaterialien an, um die Herstellungsprozesse für wiederaufladbare Batterien zu optimieren und eine effektivere Nutzung der Batterien sowohl im täglichen Leben als auch in Infrastrukturanwendungen zu ermöglichen.
* Die Materialien von Asahi Kasei für Fahrzeugbatterien werden auf der Seite „Materialien für Autobatterien“ besprochen.

Technischer Schaumstoff (UL94 V-0)
Polyamidharz mit hervorragenden Laserschweiß- und Lasermarkiereigenschaften

Technischer Schaumstoff trägt zur Optimierung der Herstellungsprozesse für wiederaufladbare Batterien bei

SunForce™ von Asahi Kasei ist ein Schaumstoff auf Basis unserer XYRON™ modifizierten Polyphenylenether. Diese Produkte vereinen die einzigartigen Vorteile von Schaumstoffen – geringes Gewicht und gute Wärmedämmung – mit Flammschutz, Dimensionsstabilität, der Möglichkeit, Produkte mit dünnen Wänden herzustellen und weiteren Vorteilen, die weit über die Möglichkeiten herkömmlicher Schaumstoffe hinausgehen.

SunForce™ ist ein Schaumformmaterial, das in Bereichen eingesetzt werden kann, in denen Flammbeständigkeit erforderlich ist. Es ist das erste Partikelschaumperlenmaterial der Welt, das die extrem hohe Flammbeständigkeitszertifizierung „V-0“ nach UL-94, dem Flammschutzstandard für Kunststoffe und Komponenten, erhält.

Technische Kunststoffe Partikelschaumperlen Sunforce

zylindrischer Lithium-Ionen-Batteriezellenhalter

SunForce™ ist ein leichter Schaumstoff mit dem einzigartigen Vorteil, dass er von Natur aus feuerhemmend ist (UL94V-0). Bisher wurde er für Anwendungen in Peripheriekomponenten rund um Batteriepacks in Elektrofahrzeugen übernommen oder evaluiert. SunForce™ eignet sich auch gut für die Herstellung der Schalen, die bei der Herstellung und dem Versand von LIBs verwendet werden. Schalen aus SunForce™-Schaum bieten insbesondere die folgenden Vorteile:

Der Einsatz dieses extrem flammhemmenden (UL-94 V-0) Schaummaterials führt zu mehr Sicherheit bei der Herstellung und dem Versand von LIB-Zellen.
Leichtere Tabletts: Tabletts aus SunForce™-Schaum können leichter sein als Tabletts aus spritzgegossenen Harzen. (Spezifisches Gewicht von 10x Schaumqualitäten: 0,1 kg/l).

Für weitere Informationen zu SunForce™-Schaum, einschließlich Maßtoleranzen und Daten zur chemischen Beständigkeit, kontaktieren Sie uns bitte.

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Polyamidharz mit hervorragenden Laserschweiß- und Lasermarkierungseigenschaften trägt zur Reduzierung von Größe und Gewicht der Endprodukte bei SN11B

LEONA™ Polyamidharz von Asahi Kasei ist ein technischer Kunststoff mit hoher Festigkeit, hoher Steifigkeit, hoher Hitzebeständigkeit und hervorragender chemischer Beständigkeit. Diese Materialien können durch die Verstärkung mit Glasfasern oder ähnlichen Füllstoffen weiter verstärkt werden, wodurch ihre Festigkeit, Steifigkeit, Haltbarkeit und Dimensionsstabilität verbessert werden.

Hier präsentieren wir spezielle LEONA™-Typen, die für sekundäre Verarbeitungsschritte wie Laserschweißen oder Laserbeschriften geeignet sind. Dies sind ideale Materialien für Systemkomponenten wie Batteriegehäuse, und Komponenten aus diesen Materialien können kleiner und leichter sein als Komponenten aus anderen Materialien.

Das Laserschweißen ist eine sekundäre Verarbeitungstechnik, die zum Bilden starker Verbindungen zwischen Komponenten verwendet wird.
Ein Szenario, in dem sich Schweißen als nützlich erweist, ist die Herstellung von Batterien oder anderen Produkten mit Komponenten mit hoher Energiedichte wie elektronischen Substraten oder Batteriepacks, die dicht in einem hermetisch abgedichteten Gehäuse eingeschlossen sein müssen. Herkömmliche Schweißtechniken wie Vibrationsschweißen oder Ultraschallschweißen werden für diesen Zweck jedoch nicht empfohlen, da sie die empfindlichen Systemkomponenten im Gehäuse beschädigen können. (Die Verwendung von Schrauben oder ähnlichen Beschlägen zum Abdichten des Gehäuses hat den Nachteil, dass zusätzlicher Platz für die Bossenbereiche erforderlich ist.)

Stattdessen verwenden wir Laserschweißen, das die Bildung starker Verbindungen ohne Risiko einer Beschädigung der internen Komponenten ermöglicht und somit die Größe und das Gewicht der hergestellten Produkte reduziert.

Techniken zum Aufdruck von Informationen auf Produkte sind wichtig, um die Rückverfolgbarkeit und Zuverlässigkeit der Produkte sicherzustellen.

Eine solche Technik ist die Lasermarkierung. Dabei werden durch die Laserbestrahlung eines Produkts Blasen in den Oberflächenharzschichten erzeugt, die unauslöschliche Markierungen auf der Produktoberfläche hinterlassen.

LEONA™ SN11B-Polyamidharz von Asahi Kasei ist ein hochfestes, hochsteifes, nach UL94V-0 (0,75 mm) zertifiziertes, flammhemmendes Material, das frei von Halogenen und rotem Phosphor ist und einen Kriechstromfestigkeitsindex (CTI) von mindestens 600 V, PLC=0, aufweist. Zusätzlich zu diesen Spezifikationen weist LEONA™ SN11B eine ausgezeichnete Schweißfestigkeit auf.

Darüber hinaus eignet sich LEONA™ SN11B ideal für die Lasermarkierung, da es klare, präzise Beschriftungen – sogar bei extrem kleinen Zeichen – und eine hervorragende Taktzeit erzeugt und so zur Reduzierung von Größe und Gewicht der Endprodukte beiträgt.

Lasermarkierungsbeispiel mit SN11B von Asahi Kasei — LEONA™ SN11B-Probe nach der Lasermarkierung

LEONA™ SN-Serie
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Informationen zu Akkumulatoren

Die drei wichtigsten Batterietypen

Der Begriff „Batterie“ wird zur Beschreibung einer großen Vielfalt von Systemen verwendet, die grob in drei Typen eingeteilt werden können: physikalische Batterien, biologische Batterien und chemische Batterien.
Physische Batterien sind im Wesentlichen Geräte, die Wärme, Licht oder andere Energieformen in elektrische Energie umwandeln. Solarzellen sind vielleicht das bekannteste Beispiel für physische Batterien.
Biologische Batterien nutzen verschiedene Arten biologischer Mechanismen – wie lebende Katalysatoren oder Mikroorganismen – um durch biochemische Umwandlungen elektrische Energie zu erzeugen. Derzeit befinden sich biologische Solarzellen und andere Arten biologischer Batterien noch in der Forschungsphase, es wird jedoch erwartet, dass sie in den kommenden Jahren rasche Fortschritte machen werden.
Chemische Batterien nutzen elektrische Energie, die entsteht, wenn elektrisch geladene chemische Substanzen in den Batterien Oxidations- und Reduktionsreaktionen durchlaufen. Chemische Batterien können in drei Kategorien unterteilt werden: Primärbatterien, Sekundärbatterien und Brennstoffzellen.

Primär- und Sekundärbatterien

Primärbatterien sind Einwegbatterien, die nur einmal verwendet und dann entsorgt werden. Zu den Primärbatterien gehören Zink-Kohle-Batterien und Alkalibatterien.
Sekundärbatterien hingegen können wiederholt aufgeladen und wiederverwendet werden. Zu den Sekundärbatterien gehören Bleibatterien, die schon seit langem im Einsatz sind, sowie Nickel-Wasserstoff- und Nickel-Cadmium-Batterien.

Von den vielen Arten von Sekundärbatterien, die bis heute eingeführt wurden, hat die Lithium-Ionen-Batterie (LIB) in den letzten Jahren den explosionsartigsten Nachfrageanstieg erlebt. Die LIB-Technologie reicht bis ins Jahr 1985 zurück, als Akira Yoshino, ein Chemiker bei Asahi Kasei Corporation, die Grundprinzipien von Lithium-Ionen-Sekundärbatterien demonstrierte, indem er negative Elektroden aus kohlenstoffbasierten Materialien mit positiven Elektroden aus Lithiumkobaltoxid kombinierte. Die im Vergleich zu anderen wiederaufladbaren Batterien relativ hohe Energiespeicherdichte von LIB führte bald zu ihrer weit verbreiteten Verwendung als Stromquelle für Laptops und Mobiltelefone, und heute sind LIB im täglichen Leben allgegenwärtig. Die umfangreiche praktische Erfolgsbilanz und die hohe Energiedichte von LIB haben sie auch zur Stromquelle der Wahl für Elektrofahrzeuge gemacht.

Globale Markttrends für wiederaufladbare Batterien

Marktgrößen für Batterien verschiedener Typen

Es wird erwartet, dass der globale Markt für wiederaufladbare Batterien – sowohl für den Einsatz im Fahrzeug als auch für stationäre Zwecke – in den kommenden Jahren erheblich wachsen wird.
Insbesondere wird erwartet, dass das schnelle Wachstum des Marktes für Elektrofahrzeuge ein ebenso schnelles Wachstum auf dem Markt für wiederaufladbare Fahrzeugbatterien auslösen wird.
Gleichzeitig wird auch für den Markt für stationäre Akkumulatoren ein stetiges Wachstum prognostiziert. Nach Angaben des japanischen Ministeriums für Wirtschaft, Handel und Industrie (METI) betrug die Größe des globalen Marktes für Akkumulatoren im Jahr 2019 rund 5 Billionen Yen, wobei auf Fahrzeugbatterien (Grundkapazität 200 GWh) und stationäre Batterien (Grundkapazität 30 GWh) rund 4 Billionen Yen bzw. 1 Billion Yen entfielen. Bis 2030 soll der Gesamtmarkt auf rund 40 Billionen Yen wachsen, wobei auf Fahrzeugbatterien (3.294 GWh) rund 33 Billionen Yen und auf stationäre Batterien (370 GWh) rund 7 Billionen Yen entfallen. Bis 2050 dürfte der Gesamtmarkt voraussichtlich auf rund 100 Billionen Yen anwachsen, davon etwa 53 Billionen Yen für fahrzeugintegrierte Batterien (7.546 GWh) und etwa 47 Billionen Yen für stationäre Batterien (3.400 GWh).

Quelle: METI, „Industriestrategie für wiederaufladbare Batterien: Zwischenzusammenfassung“

Trends im globalen Markt für Akkumulatoren

Veränderte Marktanteile großer Industrieunternehmen

Ein Blick auf die jüngsten Entwicklungen bei den großen Industrieunternehmen zeigt, dass chinesische und koreanische Hersteller ihren Anteil am Markt für wiederaufladbare Batterien ausweiten konnten, während der Marktanteil japanischer Hersteller zurückgeht.
In früheren Phasen der Entwicklung der LIB-Technologie konnten japanische Hersteller große Marktanteile sowohl bei Fahrzeug- als auch bei stationären Batterien vorweisen. Doch durch aggressive Technologieinvestitionen und Kundenwerbungsbemühungen chinesischer Firmen wie CATL und koreanischer Firmen wie Samsung SDI und LG Chem konnten diese Akteure große und wachsende Marktanteile gewinnen, und im Jahr 2020 kontrollieren chinesische und koreanische Firmen zusammen mehr als die Hälfte des weltweiten Marktanteils.

Quelle: METI, „Industriestrategie für wiederaufladbare Batterien: Zwischenzusammenfassung“

Marktanteile der Marktteilnehmer am Markt für Akkumulatoren

Batterieproduktion in Regionen auf der ganzen Welt

Ein Vergleich der Batterie-Produktionskapazitäten in verschiedenen Regionen der Welt zeigt, dass China derzeit die größte Batterie-produzierende Region der Welt ist – und plant, seine Produktionskapazität in den kommenden Jahren noch weiter zu steigern.
Auch die Batterieproduktionskapazität in Europa dürfte in naher Zukunft rasch ausgebaut werden.
Die Regierungen vieler Industrienationen weltweit verfolgen eine aggressive Politik zur Förderung von wiederaufladbaren Batterien. Dies gilt insbesondere für Europa, das einen regulatorischen Rahmen entwickelt hat, der die Schaffung nachhaltiger Batterie-Wertschöpfungsketten in Europa und die Schaffung von Anreizen für die Herstellung und den Vertrieb wiederaufladbarer Batterien in europäischen Ländern zum Ziel hat.

Quelle: METI, „Industriestrategie für wiederaufladbare Batterien: Zwischenzusammenfassung“