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Datenbasierte Kostenoptimierung in der Batterieelektroden-Produktion
Eine neue Studie zeigt, wie sich durch gezielte Optimierung von Misch-, Beschichtungs- und Trocknungsprozessen die Produktionskosten von Lithium-Ionen-Batterien um bis zu 22 Mio. USD jährlich (rund 20,4 Mio. EUR) senken lassen. Besonders die Kathodenmischzeit und die Beschichtungsgeschwindigkeit erweisen sich als zentrale Stellschrauben.
Lithium-Ionen-Batterien (LIB) sind ein Schlüsselelement der globalen Dekarbonisierung – sie versorgen Elektrofahrzeuge ebenso wie stationäre Speicheranlagen im Netzmaßstab. Mit einer prognostizierten Nachfrage von über 6 TWh bis 2030 wächst der Druck auf Hersteller, die Produktionskosten signifikant zu senken. Eine aktuelle Studie eines Forschungsteams um Domalanta, Maalihan und Caldona analysiert dazu die Kostensensitivität der besonders fehleranfälligen Prozessschritte Mischen, Beschichten und Trocknen, die zusammen mehr als 20 % der Gesamtproduktionskosten ausmachen.
Die Autor:innen verwendeten das prozessbasierte ProZell-Kostenmodell in Kombination mit einem Plackett-Burman-Versuchsdesign, um die Wirkung einzelner Prozessparameter aufzuschlüsseln. Bisherige techno-ökonomische Modelle betrachten diese Schritte häufig aggregiert, wodurch der Einfluss spezifischer Parametervariationen verborgen bleibt.
Lesetipp: Lacksysteme
Heutige Lacksysteme müssen eine Vielzahl von Anforderungen erfüllen: vom stabilen Farbeffekt bis hin zum Korrosionsschutz. Ein umfassendes Verständnis, sowohl über die in einer Formulierung verwendeten Komponenten als auch über die Wechselwirkungen dieser untereinander, ist dazu unabdingbar. Auch der Produktionsprozess, das Beschichtungsverfahren und die Bedingungen bei der Filmbildung bestimmen das Eigenschaftsprofil der Beschichtung. In dem Buch „“Leistungsstarke Lacke formulieren„“ werden Lackchemikern oder Formulierungsspezialisten Prinzipien an die Hand gegeben, wie die Eigenschaften einer Beschichtung gezielt beeinflusst werden können. Ebenso soll dieses Wissen dazu dienen, Fehler zu vermeiden oder diese schnell zu korrigieren.
Kathodenmischzeit als zentraler Kostentreiber
Für eine Referenzanlage mit 10 GWh Jahreskapazität zur Fertigung zylindrischer Lithium-Eisenphosphat-Zellen (LFP) ergab die Optimierung ein Einsparpotenzial von bis zu 22 Mio. USD pro Jahr (rund 20,4 Mio. EUR), was etwa 2,0 % der Gesamtkosten entspricht. Die Kathodenmischzeit erwies sich dabei als einflussreichste Variable: Eine Reduktion um 80 % führt zu Einsparungen von etwa 12 Mio. USD (rund 11,1 Mio. EUR oder 1,12 %). Eine Erhöhung der Beschichtungsgeschwindigkeiten von Anode und Kathode um jeweils 80 % bringt zusätzlich rund 8,8 Mio. USD (etwa 8,2 Mio. EUR) an kombinierten Einsparungen.
Auch neue Technologien wie die Trockenelektrodenfertigung und das Hochscher-Mischen eröffnen weitere Einsparpotenziale. Über BatPaC-Modellierungen identifizierten die Forschenden zudem chemiespezifische Obergrenzen für die Kathodendicke von 310,3 µm bei LFP und 168,8 µm bei Nickel-Mangan-Kobalt-Systemen (NMC), oberhalb derer eine weitere Optimierung technisch begrenzt ist.
Praktische Implikationen für die Branche
Die Ergebnisse liefern konkrete Handlungsempfehlungen für skalierbare, chemiespezifische Kostenreduktionen in der LIB-Fertigung. Insbesondere für Hersteller, die ihre Produktionskapazitäten ausbauen, bieten die identifizierten Stellschrauben einen pragmatischen Ansatz, um Effizienz und Wirtschaftlichkeit gleichermaßen zu verbessern.
Quelle: Domalanta, M. R. B. et al. Data-driven electrode processing cost optimization for lithium-ion battery production. J. Coat. Technol. Res. 23, 1133–1148 (2026).
