Netzintegration von Fahrzeugen mit elektrifizierten ... - JUWEL

5.5 Änderung der Batterielebensdauer aufgrund unterschiedlicher Fahrzeugnutzungsszenarien
zusammengefasst. Dabei ergibt sich ein Roadmap-Korridor, der die Bandbreite der verschiedenen
Einzelroadmaps darstellt.
5.5.1.1 Kostenabschätzungen von Batteriezellen und -modulen
Für die Betrachtung der Kosten von Batteriesystemen ist eine schrittweise Untersuchung der
Kosten der Einzelkomponenten notwendig. Je nach Einsatzfeld und Hersteller unterscheiden
sich die Batteriekonzepte und damit die eingesetzten Komponenten auf den unterschiedlichen
Wertschöpfungsstufen. Im Folgenden werden die einzelnen Stufen, grob aufgeteilt in
Zell-, Modul- und Packherstellung, kurz vorgestellt und die wichtigsten Ergebnisse der Analysen
dargestellt.
In vielen aktuellen Elektrofahrzeugen, wie z.B. dem Tesla Roadster oder dem Testfahrzeug
von BMW, dem MiniE, werden handelsübliche Lithium-Ionen-Batteriezellen des Standardformats
18650 verbaut. Da diese Massenprodukte darstellen, handelt es sich um kostengünstige
Produkte mit entsprechenden Erfahrungswerten, allerdings optimiert für die Anwendung
in elektronischen Geräten mit kürzeren Lebensdauern, wie sie in Fahrzeugen erwartet
werden. Betrachtet man den Verlauf der Verkaufspreise und Absatzzahlen dieser kleinformatigen
Zellen in den letzten 15 Jahren, so stellt man fest, dass diese mit steigendem Produktionsvolumen
und technologischem Fortschritt die Herstellkosten und damit die Preise von
über 1000US$/kWh auf heute 200–250US$/kWh 5 deutlich senken konnten [Bosch, 2010].
An diesem Maßstab orientieren sich viele der Zielstellungen aus der Industrie.
Die Tendenzen der mittel- und langfristigen Forschung und Entwicklung von Lithium-Ionen-
Batterien für den mobilen Einsatz gehen größtenteils in Richtung großformatiger Zellen. Im
Folgenden werden daher ausschließlich die Herstellkosten für größere Batteriezellen und
-module betrachtet.
Batteriezellen
Lithium-Ionen-Zellen bestehen aus gewickelten oder gestapelten Zellschichten. Die einzelnen
Schichten werden aus den Elektroden (Aktivmaterial, leitfähige Additive, Polymerbinder
mit Ableiter aus Aluminium (Pluspol) und Kupfer (Minuspol)) und dem Separator gebildet. Die
Elektrodenräume sind mit einem leitfähigen Elektrolyten befüllt. Dieser kann flüssig (nichtwässrig,
organisch) oder fest (Polymer) sein. Die Vielfalt der verfügbaren Materialien und
Materialkombinationen ermöglicht ein anwendungsorientiertes Design der Lithium-Ionen-
Zellen nach dem Baukastenprinzip. Die eingesetzten Materialien beeinflussen nicht nur die
Eigenschaften, sondern ganz wesentlich auch die Kostenstruktur von Lithium-Ionen-Zellen.
Für zukünftige Anwendungen in Elektrofahrzeugen sollen daher die Anteile teurer Materialien,
wie z.B. Cobalt, durch Mischmaterialien reduziert oder durch Alternativen komplett ersetzt
werden. Weitere Forschungsbestrebungen zielen auf den Einsatz von Materialien höherer
Sicherheit, langer Lebensdauer sowie verbesserter spezifischer Energie und Leistung.
Die Analysen der verfügbaren Kostenstudien [Anderman, 2009; BCG, 2010; Holman, 2008]
zeigen, dass die verwendeten Materialien einen erheblichen Einfluss auf die Höhe und Ver-
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Der Einfachheit halber wird im Folgenden mit US$ gerechnet. Bei Umrechnungen
wurde einheitlich ein Umrechnungskurs von 1 Euro = ~1,4 US$ verwendet.
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