Wachstumstreiber im Portfolio: Komponenten für Lithium-Ionen-Batterien

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1 Wachstumstreiber im Portfolio: Komponenten für Lithium-Ionen-Batterien Evonik will die europäische Nummer 1 unter den Herstellern großformatiger Lithium-Ionen- Batteriekomponenten und -zellen werden. Wir sind bereits heute führend in dieser Schlüsseltechnologie, durch die eine Vielzahl neuer Anwendungen in greifbare Nähe rückt: kabellose Werkzeuge und Haushaltsgeräte (Power Tools), die Speicherung von Energie aus Wind und Sonne, vor allem aber ressourcenschonende Hybrid- oder Elektrofahrzeuge. Größter und attraktivster Wachstumsmarkt mit zweistelligen Steigerungsraten sind hierbei die Anwendungen im Automotive-Bereich. Insgesamt soll das Marktvolumen für leistungsstarke Lithium- Ionen-Batteriematerialien nach Expertenschätzungen im nächsten Jahrzehnt die Schwelle von 4 Milliarden Euro übersteigen, der Markt für Batterien könnte in diesem Zeitraum sogar auf über 10 Milliarden Euro wachsen. Angesichts der Klimaerwärmung und zunehmend begrenzter Ölreserven forscht die Autoindustrie weltweit intensiv an Lösungen für eine ressourcenschonende Zukunft. Ausgebremst wurde sie dabei bisher von der verfügbaren Batterietechnik, die für viele Anwendungen zu unsicher und leistungsschwach war, um Hybrid- oder Elektroautos mit ausreichender Reichweite zu versorgen. Für Hybridfahrzeuge, bei denen der Verbrennungsmotor durch einen batteriebetriebenen Elektromotor unterstützt wird, ist eine leistungsstarke Batterie zwingend erforderlich. Diese Fahrzeuge basieren auf dem Konzept, den Leistungsüberschuss von Verbrennungsmotoren, der beim Gaswegnehmen und Bremsen auftritt, mittels einer leistungsstarken Batterie zu speichern. Je nach Bedarf kann die gespeicherte Energie bei Überholvorgängen oder an Steigungen dem Fahrzeug über den Elektromotor wieder zugeführt werden. Insbesondere für den städtischen Stop-and-go-Verkehr mit vielen Anfahr- und Bremsvorgängen sind Hybridfahrzeuge eine sinnvolle Alternative: Dort wird ein Teil der beim Bremsen gespeicherten Energie wieder zum Anfahren verwendet. Und wenn das Fahrzeug zum Beispiel an einer Ampel steht, kann der Verbrennungsmotor ganz abgeschaltet werden. Auf diese Weise lassen sich Benzinverbrauch und Kohlendioxidausstoß um bis zu 30 Prozent reduzieren. Im Vergleich zu herkömmlichen Akkusystemen auf Blei- oder Nickelbasis sind Lithium-Ionen- Batterien kleiner, leichter, leistungsfähiger und entladen sich kaum, wenn sie längere Zeit nicht genutzt werden. Das Alkalimetall Lithium ist hervorragend für den Bau eines Akkus geeignet, da es das leichteste Metall ist und mit ihm die höchsten Zellspannungen erzielt werden können. Dem reinen Elektroantrieb soll mit diesen Hochleistungsbatterien nun der Sprung in den Massenmarkt gelingen. Nach Ansicht von Experten können emissionsfreie Vollelektrofahrzeuge in Europa im nächsten Jahrzehnt einen Marktanteil von 10 Prozent erreichen. Energie-, Elektronik- und Automobilkonzerne treiben derzeit auch den Aufbau der dafür erforderlichen flächendeckenden Infrastruktur und die Festlegung einheitlicher Standards beispielsweise für Stecker oder Tankstellen von Elektroautos voran. So ist Evonik seit Mai 2009 an der branchenübergreifenden Initiative ELAN 2020 ( Elektrofahrzeuge intelligent am Netz ) betei-

2 ligt, die sich für die Elektromobilität einsetzt und unter anderem die Anforderungen an eine wirtschaftliche, sichere und großflächige Infrastruktur für Elektrofahrzeuge wissenschaftlich untersuchen lässt. Strategische Allianz mit der Daimler AG Die strategische Allianz auf dem Gebiet der Lithium-Ionen-Batterien, die Evonik und die Daimler AG am 15. Dezember 2008 schlossen, ist ein Meilenstein auf dem Weg zur Elektromobilität. Auf Basis der Technologie von Evonik und des Know-hows von Daimler treiben beide Unternehmen seitdem in Deutschland gemeinsam Forschung, Entwicklung und Produktion von Lithium-Ionen-Batteriezellen und systemen für die Automobilindustrie voran. Evonik hat in den vergangenen Jahren eine Technologie entwickelt, die die Serienherstellung von Zellen für großformatige Lithium-Ionen-Batterien ermöglicht, und hierfür rund 80 Millionen Euro investiert. Im Rahmen dieser Allianz hat sich Daimler mit 49,9 Prozent an der in Kamenz bei Dresden ansässigen Li-Tec Battery GmbH (Li-Tec) beteiligt. Evonik hatte seinen Anteil an der Li-Tec seit dem Jahr 2007 schrittweise auf 50,1 Prozent erhöht und sich vom reinen Komponentenhersteller zum Produzenten von Lithium-Ionen-Batteriezellen vorwärtsintegriert. Die Li-Tec, die Batteriekomponenten von Evonik verarbeitet, ist heute das einzige Unternehmen, das in Deutschland autotaugliche Lithium-Ionen-Batteriezellen herstellt. Derzeit bereiten hier 150 Mitarbeiter die Serienproduktion vor, im Jahr 2012 sollen es bereits 500 sein. Daimler und Evonik streben die Beteiligung eines weiteren Gesellschafters an, der über besondere Kompetenzen bei der Steuerungselektronik von Batterien verfügt. Dieser würde dann einen Li- Tec-Anteil von Daimler erwerben. Auf der nächsten Wertschöpfungsstufe tätig ist das im Februar 2009 von Evonik und Daimler gegründete Gemeinschaftsunternehmen Deutsche Accumotive GmbH & Co KG mit Sitz im baden-württembergischen Nabern (Evonik-Anteil: 10 Prozent, Daimler-Anteil: 90 Prozent). Dessen Aufgaben sind Entwicklung, Produktion und Vertrieb kompletter Batterien und Batteriesysteme für automobile Anwendungen. Spätestens ab dem Jahr 2012 soll die industrielle Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien starten, bei der unter anderem Zellen der Li-Tec verarbeitet werden. Produktionsstandort wird wahrscheinlich ebenfalls Kamenz sein. Die Kapazitäten sowohl der Li-Tec als auch der Deutsche Accumotive sind zunächst für Fahrzeuge der Daimler AG vorgesehen, später soll aber auch der Verkauf an Dritte möglich sein. Batterieseparator: Innovationssprung durch keramikbeschichtete Nano-Membran von Evonik Im Zukunftsmarkt Lithium-Ionen-Batteriekomponenten hat sich Evonik frühzeitig positioniert und zählt heute zu den Technologieführern. Aufbauend auf unserer Spezialchemiekompetenz haben wir in den vergangenen Jahren zielgerichtet in die Entwicklung, Vermarktung sowie den Aufbau von Produktionsanlagen für Lithium-Ionen-Batteriematerialien investiert und sind heute Systemhersteller: Wir liefern die entscheidenden Komponenten Separator, Anode und Kathode. 2

3 Eine Lithium-Ionen-Batterie beinhaltet eine Reihe von Spezialchemikalien organischer und anorganischer Natur. In der Entwicklung und Herstellung solcher Materialien, insbesondere auf dem Gebiet der Silanchemie, verfügt Evonik traditionell über hervorragende Kompetenzen, die durch die Expertise bei der Nanotechnologie ergänzt wird. Der entscheidende Innovationserfolg gelang mit dem keramischen Separator SEPARION. In jeder Batterie sind Anode und Kathode, Minus- und Pluspol, voneinander getrennt sonst gäbe es einen Kurzschluss. Zwischen diesen wandern Lithium-Ionen als elektrische Ladungsträger hin und her und sorgen dadurch für den Stromfluss außerhalb der Batteriezelle. Die Lithium-Ionen im Inneren der Batteriezelle passieren einen Separator Herzstück und gleichzeitig Achillesferse einer Batterie. Ein Separator, der die Pole der Batterie elektrisch voneinander isoliert, aber die Lithium-Ionen-Ladungsträger ungehindert durchlässt und gleichzeitig hochtemperaturstabil ist, war bisher aber nicht verfügbar: Separatoren bestanden aus leicht schmelzendem Kunststoff, verfügten nur über eine begrenzte Lebensdauer und verloren oberhalb von 140 Grad Celsius ihre Temperaturstabilität, was elektrische Kurzschlüsse in der Batterie verursachen konnte. Aufgrund der damit verbundenen Explosionsgefahr wurden bislang nur Lithium-Ionen-Batterien mit geringer Leistungsstärke gebaut. SEPARION von Evonik überwindet diese Probleme, da es sich um ein keramisches Kompositmaterial handelt, welches im Inneren durch ein Vlies aus PET-Fasern stabilisiert und gleichzeitig flexibel gemacht wird. Diese flexible Keramik besitzt eine entsprechend hohe chemische und thermische Stabilität. Möglich wurde die Kombination der aufgrund unterschiedlicher Temperaturanforderungen eigentlich unverträglichen Materialien Keramik und Polymere durch eine besondere Mischung nanoskaliger Oxide (Aluminium, Zirkon, Silizium). Das Polymervlies sorgt für eine hohe Flexibilität, so dass die Separatorfolien auch gewickelt werden können. Dies ist unverzichtbar, denn die Verarbeitungsverfahren in der Batterieindustrie erfordern rollenbasierte Produkte. Das hauchdünne Material wird in einem kontinuierlichen Prozess (Slip Coating) zunächst von beiden Seiten beschichtet, anschließend getrocknet und gesintert. Dank des Know-hows von Evonik gelingt diese Verankerung und Verfestigung bei nur rund 250 Grad Celsius - bis zu Grad Celsius niedriger als sonst bei Keramik üblich. Dabei handelt es sich nicht um eine Dispersion keramischer Partikel in einer Polymermatrix, sondern um eine anorganische Verklebung zwischen den Metalloxidpartikeln untereinander und mit dem Polymervlies. Die heutigen Li-Tec-Batteriezellen mit der keramikbeschichteten Nano- Membran SEPARION von Evonik sind um mehr als den Faktor 4 langlebiger als Blei-Akkus, leistungsstark, vor allem aber im Innern extrem hitzebeständig und damit besonders explosionssicher. Unsere Technologie für eine Endlosfertigung haben wir umfassend mit Patenten abgesichert. Außer Evonik kann kein anderes Unternehmen weltweit semipermeable Keramiken in der geringen Materialstärke von 20 µm herstellen, die sich für den Einsatz in Batterien eignen. Auch bei der Herstellung von Anoden und Kathoden verfügt Evonik über beachtliches Knowhow. Im Jahr 2005 gründeten wir mit dem japanischen Lithium-Ionen-Spezialist ENAX Inc. das Joint Venture Evonik Enax (Anqiu) Power Lion Technologies Co., Ltd. in der chinesischen Provinz Shandong. Gleichzeitig wurde damit eine weltweite, exklusive Lizenz zur Herstellung von 3

4 Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien unter dem Markennamen LITARION TM erworben. In Anqiu werden Elektroden für nicht-automobile Anwendungen für den asiatischen Markt produziert und dann an den ENAX-Standorten Tianjin in der Nähe von Peking sowie im japanischen Yonezawa eingesetzt. Das Joint Venture verbindet das Know-how eines technologisch führenden Batterieherstellers und die Fähigkeit zur Serienproduktion mit der langjährigen Erfahrung von Evonik auf den Gebieten Partikel, Grenzflächen und Beschichtungen. In Kamenz stellt Evonik seit dem Jahr 2007 Elektroden unter dem Dach der 100-prozentigen Tochtergesellschaft Litarion GmbH her. Aus LITARION TM und SEPARION produziert die benachbarte Li-Tec bereits heute großformatige Lithium-Ionen-Zellen im Jahr. Diese gehen nicht nur in den Automobilbereich, sondern auch in andere Industrieanwendungen, wie beispielsweise Bootsantriebe, Bagger, Gabelstapler oder Stromspeicher für Wind- und Solarkraftwerke. Obwohl hier die Stückzahlen noch vergleichsweise klein sind, ist dieses Geschäft für die Li-Tec sehr interessant und weist erhebliches Potenzial auf. Zudem kommen die technischen Erfahrungen, die bei den Industrieprojekten gesammelt werden, auch der Entwicklung von Autobatteriezellen zugute. Intensive Forschung Neben den eigenen F&E-Kapazitäten treibt Evonik die Entwicklung der Lithium-Ionen- Technologie zusammen mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie weiter voran. So unterstützen wir eine Stiftungsprofessur an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster, die auf dem Gebiet der Energiespeicherung großformatiger Lithium-Ionen-Batterien forscht. Und zusammen mit BASF, Bosch, Volkswagen und Li-Tec hat Evonik in 2007 die auf drei Jahre angelegte Innovationsallianz LIB 2015 mit einem Volumen von insgesamt 360 Millionen Euro gestartet. Ergänzt wird dies durch Fördermittel des Bundesministeriums für Bildung und Forschung in Höhe von rund 60 Millionen Euro. Die Li-Tec ist darüber hinaus auch an dem Flottenversuch Elektromobilität beteiligt, der von der deutschen Bundesregierung im Jahr 2008 angestoßen wurde. Ziel des Projekts ist es, eine Testflotte mit aus Wind-, Wasser- und Sonnenkraft erzeugtem Strom anzutreiben. Evonik: sehr gute Chancen im Wettbewerb Angesichts des globalen Trends zur Elektrifizierung des Antriebsstrangs im Auto und letztlich zum emissionsfreien Elektroauto ist der Wettlauf um die erforderliche Antriebstechnik in vollem Gange und gewinnt weiter an Schärfe. Kein Automobilhersteller kann es sich leisten, beim Rennen um die Vormachtstellung in diesem wachstumsstarken Zukunftsmarkt nicht mit dabei zu sein. Für sie ist der Antrieb ein zentrales Differenzierungsmerkmal im Wettbewerb und eine entscheidende Kernkompetenz, die sie nicht aus der Hand geben wollen. Automobilkonzerne setzen deshalb in der Regel auf mehrere Akkulieferanten oder steigen wie Daimler - selbst in das Batteriegeschäft ein. Anbieter von Batteriesystemen wiederum sehen im Rahmen der Elektromobilität die Chance, ihren bisherigen Anteil an der Wertschöpfung zu erhöhen. Evonik ist in der Lithium-Ionen-Technologie hervorragend positioniert. Mit SEPARION verfügen wir über das strategisch relevante Produkt. Wir können unseren Kunden heute Systemlö- 4

5 sungen anbieten, die auf unseren Elektroden, unserem innovativen Separator und unserem Know-how für die Zellfertigung basieren. Und mit Daimler haben wir einen exzellenten Partner an unserer Seite. Auf dieser Basis sind wir zuversichtlich, dass es uns gelingen wird, im europäischen Markt ganz vorne mitzuspielen. Investor Relations, Mai