Wie entsteht eine Lithium-Ionen-Zelle? Wir zeigen die 13 zentralen Schritte der Zellproduktion - am Beispiel einer Pouch-Zelle. Von der Slurry bis zur fertigen Zelle. Kompakt. Verständlich. Visuell.
Die Grafik zeigt die hierarchische Integration von Batteriekomponenten in ein Elektrofahrzeug. Ausgehend von der einzelnen Zelle – wahlweise in zylindrischer, prismatischer oder Pouch-Bauform – werden mehrere Zellen zu einem Modul zusammengefasst und mehrere Module zu einem Pack. Dieser Batteriepack wird schließlich in das Fahrgestell eines Elektrofahrzeugs integriert, wo er über eine Ladebuchse mit der Ladeinfrastruktur und über den Motor mit dem Antriebssystem verbunden ist. Die Grafik veranschaulicht damit den Weg von der Einzelzelle bis zur fertigen Batterieintegration im Fahrzeug.
Die Grafik zeigt den Wertschöpfungskreislauf von Batterien als Kreisdiagramm. Dargestellt sind die sechs Stationen des Kreislaufs: Rohmaterial, Produktion, Integration, Betrieb, Demontage, Nachnutzung und Recycling. Pfeile verbinden die einzelnen Stationen und verdeutlichen den zirkulären Charakter des Prozesses.
Die Grafik zeigt den Prozess des Batterierecyclings als Ablaufdiagramm. Der Prozess beginnt mit dem Sammeln der Altbatterien, gefolgt von Testen & Sortieren. An diesem Punkt zweigt sich die pyrometallurgische Verarbeitung ab. Der Hauptprozess läuft unterdessen weiter über Entladen und Demontieren bis hin zum Zerkleinern und der mechanischen Aufbereitung. Daraufhin folgt die hydrometallurgische Verarbeitung. Beide Verarbeitungswege - die pyrometallurgische und die hydrometallurgische Verarbeitung - münden abschließend in der Materialrückführung.
Die Grafik zeigt, wie die drei verschiedenen Zellbauformen zu einem Batteriemodul zusammengesetzt werden. Dargestellt sind jeweils isometrische Explosionszeichnungen eines Moduls auf Basis des zylindrischen, des prismatischen und des Pouch-Zelldesigns. Bei allen Varianten ist zu sehen, wie die einzelnen Zellen gebündelt und von einer oberen Abdeckplatte zusammengehalten werden. Die verdeutlicht den Schritt von der Einzelzelle zum Modul als nächsthöhere Einheit in der Batteriestruktur.
Die Grafik gibt einen Überblick über die drei gängigen Bauformen von Batteriezellen. Dargestellt werden die zylindrische (gerollt), die prismatische (flach gewickelt) und die Pouch-Zelle (gestapelt). Für jede Bauform ist eine schematische Abbildung zu sehen, ergänzt durch eine Legende zu den inneren Schichten: positive Elektrode, poröser Separator und negative Elektrode.
Die Grafik zeigt den schematischen Aufbau einer Lithium-Ionen-Zelle sowie die Bewegung der Elektronen beim Ladevorgang. Im Zentrum der Darstellung sind die beiden Elektroden abgebildet: die positive Elektrode (z.B. LiMeO2) mit Aluminiumstromableiter und die negative Elektrode (z.B. Graphit) mit Kupferstromableiter. Zwischen den Elektroden befindet sich ein poröser Separator, der von einem flüssigen Elektrolyten umgeben ist. Pfeile zeigen, wie sich Elektronen und Lithium-Ionen beim Laden durch die Zelle bewegen. Eine Legende am unteren Bildrand erklärt die verwendeten Symbole.
Die Grafik zeigt die zweite Produktionsstufe der Batteriezellenfertigung: die Zellassemblierung. Dargestellt wird, wie aus den gefertigten Elektroden - Kathode, Separator und Anode - eine vollständige Batteriezelle zusammengesetzt wird. Die Prozessschritte umfassen Konfektionieren, Verbundherstellung per Lase, Ableiterfügen, Verpacken sowie die abschließende Elektrolytbefüllung und Versiegelung. Das Endergebnis ist eine fertige Pouch-Zelle.
Der Einsatz eines Batterie-Packs kann aus unterschiedlichen Gründen sinnvoll sein. Einzelne Batteriezellen haben zum Beispiel nur eine begrenzte Kapazität, die durch das Verbinden mehrerer Zellen entsprechend den Anforderungen der Anwendung erhöht werden kann. Manche Nutzungsbereiche erfordern wiederum hohe Spitzenströme, die einzelne Zellen nicht liefern können.
Battery-Packs bieten darüber hinaus eine hohe Flexibilität bezüglich ihrer Größe und Form, indem verschiedene Konfigurationen von Zellen verwendet werden. Dies erlaubt die Anpassung des Batterie-Designs an spezifische Anforderungen. Moderne Battery-Packs beinhalten dabei oft ein Batteriemanagementsystem (BMS), das für das Überwachen und die Verwaltung der Ladung und Entladung der Zellen zuständig ist.
3D-Modell eines Batterie-Packs für eine Pouch-Zelle. Das Batteriepack besteht aus mehreren Modulen, die wiederum aus einzelnen Zellen zusammengesetzt sind. Die Anzahl der Zellen bestimmen die Kapazität und die elektrische Verschaltung der Zellen innerhalb eines Moduls sowie die Verbindung der Module untereinander bestimmen die Gesamtspannung des Packs. Ein Batteriemanagementsystem (BMS) überwacht und steuert das gesamte System, um eine sichere und effiziente Nutzung der gespeicherten Energie zu gewährleisten. Außerdem werden die Zellen durch ein Temperiersystem in einem definierten Temperaturfenster gehalten, um Überhitzungen oder Unterkühlungen zu vermeiden.
