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Handbuch Lithium-Ionen-Batterien
oMit freundlicher Unterstützung von:
Batterien sind ein Schlüsselelement bei der Lösung drängender globaler Fragen zur Energiewende, zum Beispiel im Bereich der Elektromobilität oder für dezentrale Energiespeicher für Solar- und Windenergie. Die deutschen Batteriehersteller unternehmen erhebliche Anstrengungen, um die vorhandenen Technologien weiterzuentwickeln. www.energievollerleben.de
Der ZVEI - Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e. V. vertritt die Interessen von 1.600 Unternehmen der Elektroindustrie und zugehöriger Dienstleistungsunternehmen in Deutschland. Jede dritte Neuerung im Verarbeitenden Gewerbe in Deutschland erfährt ihren originären Anstoß aus der Elektroindustrie. Die Branche beschäftigt über 840.000 Arbeitnehmer im Inland und weitere 665.000 weltweit. www.zvei.org
Reiner Korthauer
Herausgeber
Handbuch Lithium-Ionen-Batterien
Herausgeber Reiner KorthauerFachverband Transformatoren und Stromversorgungen im ZVEI ZVEI Frankfurt, Deutschland
ISBN 978-3-642-30652-5 ISBN 978-3-642-30653-2 (eBook)DOI 10.1007/978-3-642-30653-2
Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.
Springer Vieweg© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2013Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.
Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften.
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V
Es ist das Jahr 1780, als der italienische Physiker Alessandro Volta erstmals Strom mit Hilfe der Voltaschen Säule erzeugt – einer Batterie, die aus den Metallen Kupfer und Zink und einem Elektrolyt besteht. Damit ist es ihm erstmals gelungen, Strom nicht über Reibungsphänomene, sondern aus der gespeicherten elektrochemischen Energie des Elektrolyts zu erzeugen. Bereits 1802 erfand William Cruickshank die Trog-Batterie, und damit die erste in Massen produzierte Batterie. Seitdem ist die Nutzung von Elektrizität untrennbar mit der Entwicklung und Nutzung elektrochemischer Energiespeicher ver-bunden. Mittlerweile haben wir uns daran gewöhnt, dass Batterien nahezu überall in ver-schiedensten Bauarten vorzufinden sind – in elektronischen Kleingeräten ebenso wie in großtechnischen Anwendungen.
Dennoch rücken Speichertechnologien seit kurzem in ganz besonderer Weise in den Mittelpunkt des öffentlichen Interesses. Weltweit gewinnt die Umstellung der Energieversorgung auf Erneuerbare Energien an Bedeutung. Spätestens seitdem wir in Deutschland beschlossen haben, aus der Nutzung der Atomenergie bis zum Jahr 2022 auszusteigen und im Gegenzug große Mengen Erneuerbare Energien in unser Energie-netz einzuspeisen, ist auch klar, dass wir diese großen fluktuierenden Mengen an Energie nur effizient nutzen können, wenn uns gleichzeitig ausreichende Kapazitäten zur Zwi-schenspeicherung von Energie zur Verfügung stehen. Integrierte Energiespeichersysteme und deren Integration in dezentrale, intelligente Netze spielen eine Schlüsselrolle. Bis 2030 wird daher ein weltweiter Investitionsbedarf von deutlich über 300 Mrd. € erwartet.
Dieses Handbuch geht mit den Lithium-Ionen-Batterien auf einen in diesem Zusam-menhang sehr wichtigen Speichertyp ein und beleuchtet ihn in allen seinen Facetten. Aufgrund ihrer schnellen Reaktionsfähigkeit, dezentralen Installierbarkeit, guten Ska-lierbarkeit und des breiten Einsatzgebietes sowohl im mobilen als auch im stationären Betrieb kommt den Lithium-Ionen-Batterien in mehrfacher Hinsicht eine wichtige Rolle zu.
Lithium-Ionen-Batterien werden als der wichtigste Türöffner für die Zukunft batte-rieelektrischer Fahrzeuge angesehen. Nur sie scheinen – vor allem aufgrund ihrer hohen Energiedichte – das Potenzial zu haben, ausreichend große Reichweiten für Elektrofahr-zeuge realisieren zu können. Dieser Umstand und die Tatsache, dass ihr Wertschöp-fungsanteil am Gesamtfahrzeug bei bis zu 40 Prozent liegt, sind bereits Grund genug,
Geleitwort
VI Geleitwort
sich intensiv mit den Lithium-Ionen-Batterien zu beschäftigen. Schließlich sichert große Wertschöpfung im eigenen Land Arbeitsplätze. Die Experten der Nationalen Platt-form Elektromobilität waren sich 2011 in ihrem Bericht an die Bundeskanzlerin zwar darin einig, dass Deutschland großen Nachholbedarf bei der Batterietechnologie hat. Sie kamen aber auch zu dem Schluss, dass Technologieführerschaft bei Zellen und Bat-terien sowie der Aufbau von Wertschöpfung entlang der Batterie-Wirkkette am Stand-ort Deutschland oder durch deutsche Unternehmen erreichbar ist. Empfohlen wurde eine duale Strategie: Optimierung heutiger Lösungen und parallel dazu Forschung an Folgegenerationen.
Elektrofahrzeuge jeder Art sind ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zur emissi-onsfreien Mobilität. Sie können „grünen Strom“ nämlich nicht nur verbrauchen, son-dern auch selbst dazu beitragen, dass „grüner Strom“ überhaupt ins Netz eingespeist werden kann, indem Regelenergie durch die Fahrzeugbatterie bereitgestellt wird. Im mobilen Betrieb dienen sie demnach der Fortbewegung. Im stationären Betrieb – bidirektional betrieben – können sie einen Teil der dringend benötigten Regelenergie für das Energienetz bereitstellen.
Auch vollstationäre Lithium-Ionen-Batterien sind eine Schlüsselkomponente für den erfolgreichen Umbau unseres Energienetzes. Es muss das vorrangige Ziel von Forschung und Entwicklung sein, dass Deutschland führender Forschungsstandort für Elektro-chemie wird und ebenso führend bei der Massenproduktion sicherer und bezahlbarer Batteriesysteme.
Hier nun ein Handbuch vorliegen zu haben, welches nicht nur alle technischen Aspekte von Lithium-Ionen-Batterien detailliert darstellt, sondern auch auf die ebenso wichtigen Themen Produktion, Recycling, Normung sowie die elektrische und chemi-sche Sicherheit eingeht, ist ein wichtiger Schritt auf dem herausfordernden, aber durch-aus lohnenden Weg in ein neues Energiesystem.
Henning Kagermann Industrie-Vorsitzender des Lenkungskreises der
Nationalen Plattform Elektromobilität
VII
Dr. Philipp Adelhelm Justus-Liebig-Universität Giessen, Heinrich-Buff-Ring 58, 35392 Gießen, Deutschland, e-mail: [email protected]
Matthias Baumann TÜV Rheinland LGA Products GmbH, Tillystraße 2, 90431 Nürn-berg, Deutschland, e-mail: [email protected]
Dr. Ralf Bindel Robert Bosch GmbH [M], Wernerstraße 51, 70469 Stuttgart, Deutsch-land, e-mail: [email protected]
Dr. Klaus Brandt Clariant Produkte (Deutschland) GmbH, Lenbachplatz 6, 80333 München, Deutschland, e-mail: [email protected]
Frank Dallinger Robert Bosch GmbH, Wernerstraße 51, 70469 Stuttgart, Deutschland, e-mail: [email protected]
Dipl.-Ing. Christoph Deutskens Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen, Steinbachstraße 19, 52056 Aachen, Deutschland, e-mail: [email protected]
Roland Dorn Texas Instruments Deutschland GmbH, Haggertystr. 1, 85356 Freising, Deutschland, e-mail: [email protected]
Dr. rer. nat. Harry Döring ZSW, Helmholtzstraße 8, 89081 Ulm, Deutschland, e-mail: [email protected]
Markus Eckel Tyco Electronics AMP GmbH, Ampèrestraße 12-14, 64625 Bensheim, Deutschland, e-mail: [email protected]
Dr. Frank Edler elbon GmbH, Freibadstraße 30, 81543 München, Deutschland, e-mail: [email protected]
Hans-Joachim Faul Tyco Electronics AMP GmbH, Tempelhofer Weg 62, 12347 Berlin, Deutschland, e-mail: [email protected]
Meike Fleischhammer ZSW, Lise-Meitner-Str. 24, 89081 Ulm, Deutschland, e-mail: [email protected]
Dr. Christian Graf Chemische Fabrik Budenheim KG, Rheinstraße 27, 55257 Buden-heim, Deutschland, e-mail: [email protected]; [email protected]
Autorenverzeichnis
VIII Autorenverzeichnis
Dr. Christoph Hartnig Rockwood Lithium GmbH, Trakehner Straße 3, 60487 Frank-furt am Main, Deutschland, e-mail: [email protected]
Heiner Hans Heimes Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen, Steinbach-straße 19, 52056 Aachen, Deutschland, e-mail: [email protected]
Dr.-Ing. Claus-Rupert Hohenthanner Li-Tec Battery GmbH, Am Wiesengrund 7, 01917 Kamenz, Deutschland, e-mail: [email protected]
Prof. Dr. Jürgen Janek Justus-Liebig-Universität Giessen, Heinrich-Buff-Ring 58, 35392 Gießen, Deutschland, e-mail: [email protected]
Prof. Dr. Dr. h.c. Henning Kagermann acatech, Hofgartenstraße 2, 80539 München, Deutschland, e-mail: [email protected]
Prof. Dr.-Ing. Achim Kampker Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen, Steinbachstraße 19, 52056 Aachen, Deutschland, e-mail: [email protected]
Dr. Uwe Köhler Johnson Controls – Advanced Power Solutions GmbH, Am Leineufer 51, 30419 Hannover, Deutschland, e-mail: [email protected]
Dr. Reiner Korthauer ZVEI e. V., Lyoner Straße 9, 60528 Frankfurt am Main, Deutsch-land, e-mail: [email protected]
Dr. rer. nat. Peter Kritzer Freudenberg Sealing Technologies GmbH & Co. KG, 69465 Weinheim, Deutschland, e-mail: [email protected]
Dr. Peter Lamp BMW AG, 80788 München, Deutschland, e-mail: [email protected]
Dr.-Ing. Stephan Leuthner Robert Bosch Battery Systems GmbH, Kruppstraße 20, 70469 Stuttgart, Deutschland, e-mail: [email protected]
Dr. Jan Marien Isabellenhütte Heusler GmbH & Co. KG, Postfach 14 53, 35664 Dillenburg, Deutschland, e-mail: [email protected]
Dr. Ludger Michels fortu PowerCell GmbH, Chempark Geb. F29 Nord, 41538 Dorma-gen, Deutschland, e-mail: [email protected]
Dr. Kai-Christian Möller Projektgruppe Elektrochemische Speicher, Fraunhofer Ins-titut für Chemische Technologie, Parkring 6, 85748 Garching, Deutschland, e-mail: [email protected]
Dipl.-Wirtsch.-Ing. Karlheinz Müller Berufsbildungsausschuss, ZVEI – Zentralver-band Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V., Im Lucken 9 a, 64673 Zwingenberg, Deutschland, e-mail: [email protected]
Olaf Nahrwold Freudenberg Sealing Technologies GmbH & Co. KG, 69465 Weinheim, Deutschland, e-mail: [email protected]
Dr. Oswin Öttinger SGL Carbon GmbH, Werner-von-Siemens-Straße 18, 86405 Meitingen, Deutschland, e-mail: [email protected]
IXAutorenverzeichnis
Prof. Dr. Karl-Heinz Pettinger Technologiezentrum Energie, Hochschule Landshut, Am Lurzenhof 1, 84036 Landshut, Deutschland, e-mail: [email protected]
Dipl.-Ing. (Univ.) Simon Ramer LEONI Silitherm S.r.l., S.S 10 - Via Breda, 29010 Monticelli d’Ongina (PC), Italien, e-mail: [email protected]
Dr. rer. nat. Bernhard Riegel HOPPECKE Batterien GmbH & Co. KG, Bontkirchener Straße 1, 59929 Brilon, Deutschland, e-mail: [email protected]
Dr. Michael Roth Freudenberg Forschungsdienste KG, Höhnerweg 2-4, 69465 Wein-heim, Deutschland, e-mail: [email protected]
Heiko Sattler VDE-Prüf- und Zertifizierungsinstitut, Merianstr. 28, 63069 Offenbach, Deutschland, e-mail: [email protected]
Peter Schmid Robert Bosch GmbH, Wernerstraße 51, 70469 Stuttgart, Deutschland, e-mail: [email protected]
Dr. Michael Schmidt BASF SE, GCN/EE – M311, 67056 Ludwigshafen, Deutschland, e-mail: [email protected]
Dipl.-Ing. Timo Schuff ITK Engineering AG, Im Speyerer Tal 6, 76761 Rülzheim, Deutschland, e-mail: [email protected]
Reiner Schwartz STMicroelectronics Application GmbH, Bahnhofstr. 18, 85609 Asch-heim-Dornach, Deutschland, e-mail: [email protected]
Christian Sesterheim Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen, Steinbach-straße 19, 52056 Aachen, Deutschland, e-mail: [email protected]
Dr. Rudolf Simon M+W Germany GmbH, Lotterbergstraße 30, 70499 Stuttgart, Deutschland, e-mail: [email protected]
Dipl.-Ing. Harald Stäb Seuffer GmbH & Co. KG, Bärental 26, 75365 Calw, Deutsch-land, e-mail: [email protected]
Bjoern Steurich Infineon Technologies AG, Am Campeon 1-12, 85579 Neubiberg, Deutschland, e-mail: [email protected]
Frank Treffer Umicore AG & Co. KG, Rodenbacher Chaussee 4, 63457 Hanau-Wolf-gang, Deutschland, e-mail: [email protected]
Dipl.-Ing. Michael Vogt SGS-TÜV GmbH, Hofmannstraße 51, 81379 München, Deutschland, e-mail: [email protected]
Dipl.-Ing. Hermann von Schönau Schönau-Consulting, Hauptstraße 1 a (Schlosshof), 79739 Schwörstadt, Deutschland, e-mail: [email protected]
Dr. Kai Vuorilehto Universität Helsinki, Kemistintie 1, 02150 Espoo, Finnland, e-mail: [email protected]
X Autorenverzeichnis
Dr. Christoph J. Weber Freudenberg Vliesstoffe KG, Höhnerweg 2-4, 69465 Wein-heim, Deutschland, e-mail: [email protected]
Dr.-Ing. Achim Wiebelt Behr GmbH & Co. KG, Heilbronner Str. 393, 70469 Stuttgart, Deutschland, e-mail: [email protected]
Stephan Wittkämper GOULD Electronics GmbH, Hauptstraße 3, 79354 Eichstetten, Deutschland, e-mail: [email protected]
Dr. Thomas Wöhrle Robert Bosch Battery Solutions GmbH, Postfach 30 02 20, 70442 Stuttgart, Deutschland, e-mail: [email protected]
Dr. Calin Wurm Robert Bosch Battery Systems GmbH, Heilbronner Straße 358-360, 70469 Stuttgart, Deutschland, e-mail: [email protected]
Dr.-Ing. Robert Zauter Wieland-Werke AG, Graf-Arco-Straße 36, 89079 Ulm, Deutschland, e-mail: [email protected]
Dipl.-Ing. Michael Günther Zeyen vancom GmbH & Co. KG, Marie-Curie-Straße 5a, 76829 Landau, Deutschland, e-mail: [email protected]
XI
Vorwort
Ein Leben ohne Batterien: unvorstellbar. Gespeicherte Energie ist aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. Die Erfolgsgeschichte von Laptop, iPhone und iPad wäre ohne diese über 100 Jahre alte Technologie nicht möglich geworden. Es gibt diverse Möglichkeiten, Energie zu speichern, aber nur ein System zeigt die Funktionen, die der Verbraucher von einem Speichermedium erwartet, eben die wiederaufladbare Batterie. Entladen und Auf-laden auf Knopfdruck. Im eigentlichen Sinne ist die Batterie kein Speicher für elektrische Energie, eher ist sie ein elektrochemischer Energiewandler. Und ihre Entwicklung ist in den letzten Jahrzehnten viele verschlungene Pfade gegangen.
Die Geschichte der Batterie, ob als Primär- oder Sekundärelement, ist auch heute noch nicht bis ins Letzte geklärt. Sicher ist, dass die Volta’schen Säulen um 1800 von A. Volta (1745–1827) vorgestellt wurden. Rund 65 Jahre später – um 1866 – erhielt G. Leclanché (1839–1882) ein Patent auf ein Primärelement, das sogenannte Leclanché-Ele-ment. Das Element hatte eine Zink-Anode, eine Graphit-Kathode und einen Elektrolyten aus Ammoniumchlorid, wobei die Kathode an den Grenzflächen zum Elektrolyten eine Mangandioxid-Beschichtung aufwies. C. Gassner (1855–1942) entwickelte dieses System weiter und 1901 konnte P. Schmidt (1868–1948) das erste galvanische Trockenelement – auf Zink-Kohle-Basis – präsentieren.
Die weitere Entwicklung der Batterien – sowohl des Primär- als auch des Sekundär-elements – kann als zaghaft bezeichnet werden. Große Durchbrüche in Richtung einer Zunahme der spezifischen Energie wie der spezifischen Leistung gab es nicht. Allerdings wurden die Elemente in ihrer technischen und chemischen Eigenschaft stetig weiter-entwickelt: Hohe Zyklenfestigkeit, große Sicherheit, vollständige Wartungsfreiheit sind Begriffe, die heute für nahezu alle Batteriesysteme gelten.
Erst zu Anfang der 70er Jahre des letzten Jahrhunderts begann eine neue Ära. Erste Ideen eines neuen Systems entstanden an der TU München, Lithiumbatterien mit rever-sibler Alkali-Metall-Ionen-Interkalation in der Kohlenstoffanode und einer oxidischen Kathode. Es dauerte noch einige Jahre, bis der erste kommerzielle Lithium-Akku 1991 von Sony in Verkehr gebracht wurde. Stete Weiterentwicklung – auch mit neuen Materi-alien – sorgten für einen einmaligen Siegeszug.
Heute stehen wir vor neuen Herausforderungen: Der Paradigmenwechsel in der Mobilität und in der Energieversorgung (Energiewende) fordert neue Energiespeicher,
XII Vorwort
die kostengünstig, sicher, wartungsarm und leichtgewichtig sein sollen. Forderungen, die sich teilweise widersprechen und somit in Gänze unerfüllbar sind. Dies hat zur Folge, dass auf Forschungs- und Entwicklungsseite wie auch auf dem Industriebereich ein enormer Druck lastet, durch neue Entwicklungen diesem Ziel näherzukommen. Die Aktivitäten im F + E-Sektor haben zwar in den letzten Jahren – unter anderem durch Einrichtung neuer Institute an Hochschulen und Forschungseinrichtungen – zugenom-men: ob sie aber ausreichend sind, wird erst die Zukunft zeigen.
Das hier vorgelegte Handbuch Lithium-Ionen-Batterien soll einen kleinen Beitrag leis-ten, den anstehenden Paradigmenwechsel erfolgreich zu gestalten. Die 33 Beiträge der 54 Autoren geben – in einer weiten Abdeckung – erstmals eine Übersicht über alle relevan-ten Felder der Lithium-Ionen-Batterie: Chemie und Aufbau der Batteriezelle, Fertigung der Batterie, Einsatz des Batteriesystems in seinen beiden wichtigsten Anwendungsfel-dern nebst Fragen der Sicherheit, des Transports sowie des Recyclings.
Das Handbuch gliedert sich in fünf Teile. Zu Beginn steht ein Überblick über die verschiedenen Speichersysteme, die sich die elektrochemische Umwandlung von Ener-gie zunutze machen. Der zweite Teil widmet sich in vollständiger Breite der Lithium-Ionen-Batterie. Wichtige Materialien und Komponenten der Zelle werden ausführlich dargestellt. Zu diesen Komponenten zählen die chemischen Materialien von Kathode und Anode sowie die Leitsalze und der Elektrolyt. Dem Aufbau des Batteriesystems aus einzelnen Modulen, die wiederum aus einer Vielzahl von Zellen und den notwendigen mechanischen Komponenten bestehen, sind mehrere Kapitel gewidmet, bevor die elekt-rischen Komponenten beschrieben werden. Das thermische Management und das Batte-rie-Management-System nebst einem Ausblick beschließen diesen Teil.
Die Produktionsmittel bei der Herstellung einer Batterie sind Thema des dritten Teils, das mit den notwendigen Prüfverfahren endet. Bevor die Batterie zu ihrem Einsatz kom-men kann, sind eine Reihe von Fragen zum Transport, zur Sicherheit, zum Recycling – nur um einige zu nennen – zu klären. Der vierte Teil beschäftigt sich mit diesen Themen. Last but not least: Die Anwendungen – die Bereiche Elektromobilität und der stationäre Einsatz – bilden den letzten und fünften Teil.
Das Handbuch soll allen, die sich mit moderner Batterietechnologie auseinander-setzen wollen oder müssen, eine Hilfestellung bieten. Es behandelt die Lithium-Ionen-Batterie in großer Ausführlichkeit, um die Schwierigkeiten – mit denen auch heute noch nach über 20 Jahren Erfahrung gerungen wird – aufzuzeigen und den Anwendern, aber auch Neueinsteigern im Entwicklungs- und Forschungsbereich, das große Potenzial dieser Technologie und die in ihr steckenden Möglichkeiten vor Augen zu führen. Das Handbuch geht aber nicht in die Tiefe, die ein Fachaufsatz zu einer der vielen Fragestel-lungen rund um die Lithium-Ionen-Batterie aufweisen würde; es hat eher den Charakter eines Nachschlagewerkes auf hohem technischen Niveau.
Danksagen möchte ich allen, die zum Gelingen dieses Buches beigetragen haben. Dies sind zu allererst die Autoren der einzelnen Kapitel, meine beiden Sekretärinnen Frau Diederich und Frau Di Bella sowie – last but not least – auf Seiten des Springer Verlages Frau Hestermann-Beyerle, Frau Kollmar-Thoni und Frau Stegner.
XIIIVorwort
Mögen alle, die das Handbuch Lithium-Ionen-Batterien nutzen, wichtige Informatio-nen für ihre alltägliche Arbeit erhalten und viel Freude bei der Lektüre erfahren.
Frankfurt am Main, Oktober 2013 Reiner Korthauer
XV
Teil I Übersicht über die Speichersysteme/Batteriesysteme
1 Übersicht über die Speichersysteme/Batteriesysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3Kai-Christian Möller
Teil II Lithium-Ionen-Batterien
2 Übersicht zu Lithium-Ionen-Batterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Stephan Leuthner
3 Materialien und Funktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Kai Vuorilehto
4 Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31Christian Graf
5 Anodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45Călin Wurm, Oswin Öttinger, Stephan Wittkämper, Robert Zauter und Kai Vuorilehto
6 Elektrolyte und Leitsalze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61Christoph Hartnig und Michael Schmidt
7 Separatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79Christoph J. Weber und Michael Roth
8 Aufbau von Lithium-Ionen-Batteriesystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95Uwe Köhler
9 Lithium-Ionen-Zelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107Thomas Wöhrle
10 Dichtungs- und Elastomerkomponenten für Lithium-Batteriesysteme . . . . . 119Peter Kritzer und Olaf Nahrwold
11 Sensorik/Messtechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131Jan Marien und Harald Stäb
Inhaltsverzeichnis
XVI Inhaltsverzeichnis
12 Relais, Kontaktoren, Kabel und Steckverbinder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141Hans- Joachim Faul, Simon Ramer und Markus Eckel
13 Thermisches Management der Batterie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165Michael Günther Zeyen und Achim Wiebelt
14 Batteriemanagementsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177Roland Dorn, Reiner Schwartz und Bjoern Steurich
15 Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189Timo Schuff
16 Zukunftstechnologien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199Jürgen Janek und Philipp Adelhelm
Teil III Batterieproduktion
17 Fertigungsprozesse von Lithium-Ionen-Zellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221Karl-Heinz Pettinger
18 Fertigungsverfahren von Lithium-Ionen-Zellen und -Batterien . . . . . . . . . . . 237Achim Kampker, Claus-Rupert Hohenthanner, Christoph Deutskens, Heiner Hans Heimes und Christian Sesterheim
19 Aufbau einer Fabrik zur Zellfertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249Rudolf Simon
20 Prüfverfahren in der Fertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259Karl-Heinz Pettinger
Teil IV Querschnittsthemen
21 Randbereiche in Entwicklung, Fertigung und Recycling von Lithium-Ionen-Batterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271Reiner Korthauer
22 Arbeitssicherheit bei Entwicklung und Anwendung von Lithium-Ionen-Batterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275Frank Edler
23 Chemische Sicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285Meike Fleischhammer und Harry Döring
24 Elektrische Sicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299Heiko Sattler
25 Funktionale Sicherheit von Fahrzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307Michael Vogt
XVIIInhaltsverzeichnis
26 Funktions- und Sicherheitstests an Lithium-Ionen-Batterien . . . . . . . . . . . . . 321Frank Dallinger, Peter Schmid und Ralf Bindel
27 Transport von Lithium- und Lithium-Ionen-Batterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335Ludger Michels
28 Lithium-Ionen-Batterie-Recycling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345Frank Treffer
29 Aus- und Fortbildung von Fachkräften für die Herstellung von Batteriesystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357Karlheinz Müller
30 Normung für die Sicherheit und Performance von Lithium-Ionen-Batterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371Hermann von Schönau und Matthias Baumann
Teil V Batterieanwendungen
31 Einsatzfelder für Lithium-Ionen-Batterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383Klaus Brandt
32 Anforderungen an Batterien für die Elektromobilität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393Peter Lamp
33 Anforderungen an Batterien für den stationären Einsatz . . . . . . . . . . . . . . . . . 417Bernhard Riegel
Sachverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429
