Roadmap zu Lithium-Ionen-Batterien 2030

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1 Roadmap zu Lithium-Ionen-Batterien 2030 BMBF Innovationsallianz Lithium-Ionen-Batterie (LIB 2015) Abschätzung der Entwicklung der kommenden Lithium-Ionen- Batterietechnologie und deren (elektromobile) Anwendungen Seite 1

2 Die Batterietechnologie ist das Herzstück für eine elektromobile Zukunft. Seite 2

3 Methodik und Vorgehensmodell zum Roadmapping LIB Expertenbefragung 2. Bibliometrie 3. Monitoring-System Monitoring: Entwicklungen Erg.: Input Monitoring: Akteure, Länder, ihre Spezialisierung, Technologiefeld Ziel: Identifikation der Ziel: Quantifizierung von technolog. Entwicklungen technolog. Entwicklungen und Bestandsaufnahme anhand von Publikationen der Expertise: LIB 2015 und Patenten, Akteuren Vorgehen: Interviews der Vorgehen: Recherchen h (i) Experten Innovationsallianz Science, (ii) Patente: EP Publikationen: ISI Web of Erg.: Input Bibliometrie, und WOPATENT Ziel: Identifikation von Entwicklungen im Technologiefeld Vorgehen: Analyse des Technologiefelds ld Erg.: Input für Roadmap: Konkurrenz-, Substitutions-, Komplementärtechnologien 4a. LIBRoad I 4b. LIBRoad II 4c. LIBRoad III Ziel: Batterietechnologie Ziel: Anwendungen Ziel: Integration Vorgehen: Workshop Erg.: Technologie- Roadmap Batterietechnologie Vorgehen: Workshop Erg.: Produkt-Roadmap Vorgehen: Workshop Erg.: Gesamt-Roadmap Seite 3

4 1. Expertenbefragung: Identifikation i von Entwicklungen 15 Experteninterviews mit Ansprechpartnern der Konsortien 13(16) Zweck: Identifikation von Entwicklungen für LIB 2015 und Hinweise auf Architektur der Roadmap (LIBRoad) Trends bei Materialien und Komponenten Fragen zu Fertigung und Recycling, Nachhaltigkeit Anforderungen bei Leistungsmerkmalen Technologiefeldanalyse Anwendungen und Märkte Seite 4

5 1. Expertenbefragung: Identifikation i von Entwicklungen Könnte es aus Ihrer Sicht Engpässe bei bestimmten Materialien/ Rohstoffen geben? Wenn ja, bei welchen? Material/ Rohstoff Nennungen Argument CO 8 Preis, Problem bei großem Volumen, Frage ob Co so schnell substituierbar, Co bleibt daher definitiv als kritischer Kandidat, Vorkommen im Kongo Ni 5 Preis, aber teils weniger relevant/ problematisch eingeschätzt Li 4 Alle andere 11 sehen Li nicht als kritisch an, wenn dann wird die geographische Verteilung als Problem gesehen Mn 1 Wird eher als unproblematisch gesehen Cu 2 Wäre sicherlich öfter genannt, wenn nicht nach LIB gefragt würde Nd 2 China großer Anteil an Export, ebenso wie Cu und seltene Erde allgemein In 1 Im Zusammenhang mit Displays andere Alle Verbindungselemente, je nach Entwicklung der Batterietechnik Frage der geographischen Verteilung bei den genannten Materialen. Seite 5

6 Generation Generation Generation Generation und Trends Untersuchte und relevante Materialien und Komponenten Elektro- chemisches State of Art (i.d.r. Li-ion der 2. Generation Li-ion der 2. Generation Li-ion der 2. Generation Li-ion der 3. Generation 4. Generation (z.b. Li-O2, S8, Pn) in System Referenzsys. Zukunft Für LIB2015) Kathoden- materialien LiCoO2 (LCO) (Schicht) Schichtstrukt. Schichtoxide, Olivine LiFePO4 nicht Spinelle (LiMn2O4) Hochvolt Trend: 1. Weg von LiCoO2 NmC, NCA Fe-Olivine (LMO) 2. Co reduzieren 3. Co substituieren Anodenmaterialien Graphit Titanate Legierungen (Ak, Sn, Si) Komposite (z.b. LiC6-Si) Elektrolyt- LiPF6 LiPF6 mit Fluorred. Polymer- SV- Trend: materialien Additiven und Elektrolyte fluorfrei C-basiert (CNT, Hardcarbon, etc.) Separatorenili materialien Weitere Materialien Keramik Binder elektrolyte Ionische Flüssigkeiten Keramik Cu-, Al-Folien, Fertigungstechnik (ins System bringen), Recycling Trend: 1. Weiter C-basiert 2. Parallel Titanate, Legier., Komposite 1. Weg von LiPF6, Reduktion F 2. Dann fluorfrei Seite 6

7 1. Expertenbefragung: Identifikation i von Entwicklungen Anzahl der Bewertu ung durch Ex xperten (max x. 16 Stimme en) wichtig sehr wichtig relevant unwichtig Leistungsmerkmale der Batterie Seite 7

8 1. Expertenbefragung: Identifikation i von Entwicklungen 12 igkeit der Ne ennung Häufi wichtig sehr wichtig relevant unwichtig Anwendungen von LIB Seite 8

9 1. Expertenbefragung: Identifikation i von Entwicklungen 6 5 Häufigkeit der Nennung 4 wichtig 3 sehr wichtig i relevant 2 unwichtig 1 0 NiMH Supercaps LIB-Hybride Brennstoffzelle Konkurrenztechnologien zu LIB Seite 9

10 2. Bibliometrische Analysen: Quantifizierung i Zweck: Zeitentwicklung, Dynamik, rel. Anteil identifizierter Konkurrenztechnologien, LIB-Typen, Komponenten und Materialien Identifikation von Akteuren, Ländervergleiche, Spezialisierung von Ländern in spezifischen Technologiebereichen Vorgehen: Formulierung von Suchstrategien: Stichwortkombinationen für Publikationen bzw. IPC Klassen + Stichwortkombinationen für Patente Recherchen im ISI Web of Science (Publikationen) und EP+WOPATENT (Patente, transnationale Patente) Relevante Fragen: Wo stehen Deutschland im internationalen Vergleich? Wo und wie spezialisieren sich weitere führende Länder? Wie entwickeln sich aussichtsreiche LIB-Kandidaten? Zeigen die Fördermaßnahmen bereits erste Wirkung ( )? Seite 10

11 3. Monitoring-System Lithium-Ionen- Batterien: Analyse des Technologiefelds ld Seite 11

12 3. Monitoring-System Lithium-Ionen- Batterien: Analyse des Technologiefelds ld Electrochemical l Storage Battery Systems Li-Ion Kathode Anode Elektrolyt Separator Zelle Seite 12

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