Bei der Batteriezellfertigung Deutschland werden die verschiedenen Innovations- und Investitionsvorhaben in Deutschland sowie verschiedene flankierende Maßnahmen aufeinander abgestimmt. Das stärkt den Wissenstransfer aus der Forschung in die intelligente und nachhaltige Produktion von Batterien. Und es fördert Kooperationen von Projektpartnern, zum Beispiel in den Bereichen Fachkräfte, Finanzierung und Nachhaltigkeit. Ziele sind der Auf- und Ausbau von Know-how entlang der Batterie-Wertschöpfungskette sowie der Einstieg in die Großproduktion von Batteriematerialien, -komponenten, -zellen und -systemen.

Deutsche Batteriefertigung: Innovativ, nachhaltig, klimafreundlich

Neben technischer Innovation stehen bei der Forschung, Entwicklung und Produktion leistungsstarker Batterien in Deutschland und Europa vor allem höchste Ansprüche an Nachhaltigkeit und Klimafreundlichkeit in Fokus. Dieses Alleinstellungsmerkmal verschafft europäischen Batterien einen Vorteil im globalen Wettbewerb und fördert eine breite gesellschaftliche Akzeptanz.

Der Lebenszyklus einer Batterie beginnt mit der Gewinnung der Rohstoffe, der Herstellung von Batteriematerialien und -komponenten und der Fertigung der Batteriezellen. Bereits hier wird mit innovativen Verfahren auf mehr Energieeffizienz und Nachhaltigkeit bei der nächsten Batteriegeneration geachtet. Die Batteriezellen werden elektrisch verbunden, mit einem Batteriemanagementsystem ausgestattet und zusammen mit weiteren Bauteilen in ein Gehäuse integriert. Dann ist die Batterie fertig für den Einsatz. Ihre Energiespeicherfähigkeit nimmt im Laufe der Zeit ab. Hersteller von Elektrofahrzeugen garantieren in der Regel eine bestimmte Mindestlaufleistung, etwa von 150.000 gefahrenen Kilometern. In der Praxis halten die Batterien bereits heute oft länger. Doch selbst wenn eine Batterie ausgetauscht werden muss, weil ihre Leistungsfähigkeit zu sehr abgenommen hat, dann kann sie noch immer für andere, weniger Leistung beanspruchende Einsätze verwendet werden – und beispielsweise noch mehrere Jahre als stationärer Stromspeicher in einem Privathaushalt mit Solardach ihren Dienst tun.

Zum nachhaltigen Lebenszyklus einer Batteriezelle gehören auch kluge Lösungen für das Recycling. Denn die Verwendung unterschiedlicher Batteriearten mit jeweils anderen enthaltenen Rohstoffen macht die stoffliche Verwertung komplex. Im Fokus der Forschung stehen deshalb die Rückgewinnung von Rohstoffen und Materialien ebenso wie eine möglichst hohe Recyclingquote von Altbatterien. Vor allem aus der Kathode, aber auch aus anderen Komponenten der Batterie können wertvolle Rohstoffe wie Kobalt, Nickel, Graphit oder Lithium zurückgewonnen werden. Das Recycling reduziert auch die Abhängigkeit von importierten Rohstoffen.

Vor diesem Hintergrund hat das BMWi am 12. März 2021 im Rahmen des 7. Energieforschungsprogramms der Bundesregierung den Förderaufruf „Forschung in der Schwerpunktförderung Batteriezellfertigung“ veröffentlicht. Diese neue Maßnahme wird die Innovationsbasis entlang der Batterie-Wertschöpfungskette zur Unterstützung der industriellen Produktion von Batteriezellen höchster Qualität in Deutschland fördern. Als Wertschöpfungskette wird hier der gesamte Weg vom Rohstoff, alle Zwischen- und Zulieferprodukte bis hin zu Systemintegration sowie das spätere Recycling verstanden.

Im Rahmen dieses Förderaufrufs werden insbesondere Maßnahmen im Bereich der Nachhaltigkeit und Digitalisierung gefördert. Schwerpunkte der Förderung liegen auf innovativen und anwendungsnahen Lösungen für effiziente Material- und Energienutzung im gesamten Batterie-Wertschöpfungskreislauf sowie auf Zweitnutzungs- und Recyclingkonzepten. Weitere Schwerpunkte sind Forschungs- und Entwicklungsprojekte in den Bereichen Batterietest, Zertifizierung, Industrie 4.0 und Anwendungen von Batteriezellen der nächsten Generation. Übergeordnetes Ziel ist eine nachhaltige, ressourcenschonende Kreislaufwirtschaft für eine hochqualitative und wettbewerbsfähige Batterieproduktion in Deutschland.

Die Bekanntmachung zum Förderaufruf „Forschung in der Schwerpunktförderung Batteriezellfertigung“ finden Sie hier (PDF, 554 KB).

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Eine Batterie besteht aus mehreren Modulen, die sich wiederum aus mehreren Batteriezellen zusammensetzen. Bei der Herstellung kommen zahlreiche Rohstoffe und Materialien zum Einsatz: Nickel, Mangan, Kobalt, Lithium, Graphit, Silizium sowie verschiedene weitere Metalle und Kunststoffe. Batteriezellen der nächsten Generation werden besonders wenig oder sogar gar kein Kobalt enthalten, welches heute zum Teil in Konfliktgebieten gewonnen wird.

Batteriezellen „made in Europe“ sollen künftig hinsichtlich ihrer Eigenschaften und Produktionsbedingungen international führend sein. Sie sollen dabei herausstechen durch:

• eine hohe Energiedichte und Leistungsfähigkeit zu wettbewerbsfähigen Preisen;
• eine lange Lebensdauer und eine hohe Zahl von Ladezyklen.

Zudem werden sie bei der Herstellung faire Arbeitsbedingungen in der gesamten Wertschöpfungskette garantieren und weniger Energie benötigen als die Produktion der bisherigen Batteriezellen, die zudem möglichst weitgehend aus erneuerbaren Energien gedeckt wird. So werden geringe CO2-Ausstöße bei Produktion und Logistik erreicht. Auch sollen hier produzierte Batterien eine hohe Recyclingquote erreichen.

Um diese anspruchsvollen Ziele umzusetzen, sind auch Forschungs- und Entwicklungsmaßnahmen weiterhin von zentraler Bedeutung. Die beiden IPCEIs sowie die neue Forschungsfördermaßnahme tragen wesentlich dazu bei, dass Aspekte der Nachhaltigkeit und der Ressourcenschonung in der Forschung und Entwicklung der beteiligten Unternehmen gestärkt werden.

Aufbau der Batterieindustrie erleichtert Strukturwandel in der Autobranche

Der ökologische Wandel hin zur Elektromobilität und zu erneuerbaren Energien bringt Transformationen der etablierten Industrien mit sich, die begleitet werden müssen. So sind beispielsweise qualifikatorische Anpassungen bei Arbeitnehmerinnen und Arbeitnehmern erfordern. Neue Aufgaben und Qualifikationsprofile im Zuge des Hochlaufs der Batteriefertigung in Deutschland erfordern die Aneignung neuer Kompetenzen durch berufliche Qualifizierung. Um die Beschäftigten für diese zukünftigen Anforderungen auf dem Arbeitsmarkt bestmöglich vorzubereiten, sind passende Qualifizierungsmaßnahmen nötig.

Um besonders kleine und mittlere Unternehmen (KMU) stärker bei der strategischen Personalentwicklung zu unterstützen, bedarf es neuer Wege, um die Qualifizierung für Unternehmen und ihre Beschäftigten zu organisieren. Dazu gehört auch eine stärkere Vernetzung und Kooperation zwischen Unternehmen sowie mit Akteuren der beruflichen Qualifizierung und anderen regionalen Arbeitsmarktakteuren.

Aufgrund des beschleunigten Ausbaus der Elektromobilität wird in der Batteriezellproduktion in den kommenden Jahren sowohl in Deutschland als auch anderen Staaten der Europäischen Union hoher Bedarf nach qualifizierten Fachkräften entstehen. Um diesen Bedarf an qualifiziertem Personal decken zu können, müssen Lehrkonzepte der beruflichen Qualifizierung gezielt durch Integration fachspezifischer Inhalte ausgebaut und ganzheitlich auf die Bedürfnisse neuer Berufsprofile im „Ökosystem Batterie“ ausgerichtet werden.

Das BMWi fördert daher im Rahmen der „Richtlinie zur Förderung von Qualifizierungsmaßnahmen für die Batteriezellfertigung“ Projekte, die zu einer verbesserten Vernetzung und Zusammenarbeit der beteiligten Akteure aus Wissenschaft, Bildung sowie Gesellschaft und Wirtschaft beitragen. Ziel ist es, effiziente und innovative Lösungen zur Planung und Koordinierung von beruflicher Qualifizierung für Aufgaben entlang der Batterie-Wertschöpfungskette zu unterstützen und entsprechende Weiterbildungsmaßnahmen umzusetzen.

Die Förderrichtlinie zur Förderung von Qualifizierungsmaßnahmen für die Batteriezellfertigung finden Sie hier.

Enge Abstimmung mit den Aktivitäten in der EU

Deutschland arbeitet beim Aufbau der Batteriezellfertigung eng mit anderen EU-Mitgliedsländern zusammen. Denn die gemeinsamen Batterie-Innovationen und -Investitionen werden von 12 europäischen Mitgliedstaaten über zwei sogenannte „Wichtige Vorhaben von gemeinsamem europäischen Interesse“ (IPCEI – „Important Project of Common European Interest“) gefördert, bei denen auch 15 deutsche Unternehmen beteiligt sind. Zwei weitere Mitgliedstaaten nehmen als assoziierte Partner teil. Die beiden IPCEIs decken jeweils die gesamte Batterie-Wertschöpfungskette von der Gewinnung von Rohstoffen über die Batteriezellfertigung und -integration bis hin zur Zweitnutzung und dem Recycling umfassend ab. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) unterstützt die Projekte der aus Deutschland teilnehmenden Unternehmen mit finanziellen Mitteln. Die EU-Kommission hat das erste der beiden IPCEIs am 9. Dezember 2019 und das zweite am 26. Januar 2021 beihilferechtlich genehmigt. Das heißt, dass die teilnehmenden Mitgliedstaaten ab sofort ihre Förderung der Projekte beginnen können.

„IPCEI on Batteries“: Erstes europäisches Großprojekt zur Batteriezellfertigung

In der ersten Förderrunde („IPCEI on Batteries“), für die im Dezember 2019 von der EU-Kommission eine Gesamtförderhöhe von 3,2 Milliarden Euro genehmigt wurde, sind die deutschen Unternehmen BASF, BMW, Opel, Varta sowie die deutsche Tochter des belgischen Unternehmens Umicore dabei. Insgesamt sind beim „IPCEI on Batteries“ 17 Unternehmen und Forschungseinrichtungen aus sieben Ländern beteiligt: Deutschland, Frankreich, Belgien, Italien, Polen, Schweden und Finnland. Das Gesamtprojekt soll bis 2031 abgeschlossen sein.

Fünf deutsche Projekte im ersten europäischen Großprojekt

Fünf deutsche Projekte zur Batteriezellfertigung sind im Rahmen des ersten IPCEI, dem sogenannten „IPCEI on Batteries“ für eine Förderung vorgesehen. In den Kooperationen deutscher Firmen mit Unternehmen aus sechs weiteren EU-Mitgliedsstaaten stehen Forschung, Innovation und industrielle Produktion im Fokus.

• 7. Februar 2020: Erste Grundsteinlegung für Batteriewerk bei Opel in Kaiserslautern
• 12. Februar 2020: BASF investiert in Schwarzheide
• 30. Juni 2020 Übergabe der Förderbescheide an die VARTA Microbattery GmbH und die VARTA Micro Production GmbH in Ellwangen (BW)
• 29. Juli 2020 Übergabe des Förderbescheides an die BMW AG in München (BY)
• 19. August 2020 Übergabe des Förderbescheides an die BASF SE und die BASF Schwarzheide GmbH in Schwarzheide, Lausitz (BB)
• 4. Dezember 2020: Bescheidausreichung an die Umicore AG & Co. KG in Hanau-Wolfgang (HE)

Die Projekte im Überblick:

BASF will mit ihren Batteriematerialien zum Aufbau einer nachhaltigen Batterie-Wertschöpfungskette für Elektrofahrzeuge in Europa beitragen. Innovative Kathodenmaterialien steigern die Leistung und die Kosteneffizienz von Batterien und fördern somit den Erfolg einer klimafreundlichen Mobilität (Projektstandorte: Schwarzheide, Brandenburg, und Ludwigshafen, Rheinland-Pfalz).

Die BMW Group kann durch die im Projekt verfolgten Forschungsthemen bis ins Detail die chemische Zusammensetzung, Zellmechanik, Zelldesigns und den Produktionsprozess weiterentwickeln. Die Batteriezellenhersteller können auf dieses Know-how aufbauen und es zielgerichtet in eine nachhaltig erfolgreiche Industrialisierung überführen (Projektstandort: München, Bayern).

Das geplante Projekt von Opel umfasst eine innovative Batteriezellproduktion am Standort Kaiserslautern im Rahmen eines Joint Ventures (ACC) zusammen mit der Muttergesellschaft PSA und dem französischen Batteriehersteller Saft, einem Unternehmen der Total Group (Projektstandort: Kaiserslautern, Rheinland-Pfalz).

Die Firma Umicore wird zur Entwicklung einer nachhaltigen Batterie in Europa beitragen, in der innovative Technologien, eine verantwortungsvolle Beschaffung und das Schließen des Materialkreislaufs durch Recycling Schlüsselfaktoren für den Erfolg sind (Projektstandort: Hanau, Hessen).

Mit neuartigen, innovativen Batterielösungen im Bereich der Lithium-Ionen-Technologie will Varta künftig weitere Märkte und Anwendungen adressieren und die Batteriezellproduktion auch von größeren Zellformaten vorantreiben. Damit leistet Varta einen wichtigen Beitrag zum Ausbau der deutschen Batterieindustrie als Schlüsseltechnologie der Zukunft (Projektstandorte: Ellwangen, Baden-Württemberg, und Nördlingen, Bayern).

„IPCEI on European Battery Innovation (EuBatIn)“: BMWi koordiniert zwölf Mitgliedsstaaten und 46 Projekte entlang der Batterie-Wertschöpfungskette

Am zweiten IPCEI-Großvorhaben („IPCEI on European Battery Innovation – EuBatIn“), dessen Förderung am 26. Januar 2021 von der EU-Kommission genehmigt wurde, sind insgesamt 46 Unternehmen und Forschungseinrichtungen aus zwölf EU-Staaten beteiligt. Zwei weitere Mitgliedstaaten sind assoziierte Partner. Das BMWi hat die Koordination des Europäischen Gesamtvorhabens übernommen und wird diese auch während der Durchführung der Projekte, die bis 2029 geplant ist, innehaben.

Elf deutsche Projekte im zweiten europäischen Großprojekt

Elf deutsche Projekte entlang der Batteriewertschöpfungskette sind im Rahmen des zweiten IPCEI, dem sogenannten „IPCEI European Battery Innovation - EuBatIn“ für eine Förderung vorgesehen. Die deutschen Teilnehmer am EuBatIn sind ACI Systems, Alumina Systems, BMW, Cellforce Group, ElringKlinger, Liofit, Manz, Northvolt, SGL Carbon, Skeleton Technologies und Tesla. Die Zuwendungsbescheide werden ab dem 1. Quartal 2021 ausgereicht.

Die Projekte im Überblick:

Die Projekttätigkeit der ACI Systems erstreckt sich hauptsächlich auf die Entwicklung einer neuen, nachhaltigen Technologie zur direkten, wasserneutralen und wettbewerbsfähigen Herstellung von Lithium aus Sole mit minimiertem CO2-Fußabdruck. Darüber hinaus wird im Projekt der ACI Systems ein innovatives Reinigungssystem für die trockene, selektive, automatisierte Reinigung in der Fertigung von Batteriesystemen entwickelt, zur Erhöhung der Ausbeute durch minimierten Ausschuss sowie für einen sichereren Betrieb der Batteriesysteme.

Alumina Systems entwickelt Batteriezellen auf Basis der Na/NiCl2-Technologie und pilotiert ihre Fertigung. Diese Technologie stellt eine nachhaltige, inhärent sichere und kosteneffektive Alternative zu Lithium-basierten Technologien für die stationäre Stromspeicherung im privaten wie auch industriellen Umfeld dar.

Die BMW Group entwickelt im Rahmen der beiden Batterie-IPCEI hochinnovative, nachhaltige, funktionsoptimierte und kosteneffiziente Batteriezellen als Schlüsselelement einer europäischen Zell- und Batterie-Wertschöpfungskette.
Nach der Entwicklung einer nächsten Generation Li-Ionen Zellen sowie eines innovativen Batteriemodul- und Batteriesystemkonzeptes im ersten IPCEI liegt der Fokus der BMW-Arbeiten im zweiten IPCEI auf der Entwicklung der übernächsten Generation Li-Ionen Zellen, der Entwicklung und Optimierung von Prozesstechnologien sowie dem Aufbau einer Prototypen-Produktionsanlage für innovative Batteriemodule und -systeme mit verbesserter Recyclingfähigkeit. Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Validierung von All-Solid-State Battery (ASSB) Technologien mit dem Ziel der Evaluierung der vielversprechendsten Batterietechnologien der Zukunft.

Das Projekt der Cellforce Group umfasst die Entwicklung von zukunftsfähigen Hochleistungs-Batteriezellen in einer hervorragenden Qualität. Ziel des Vorhabens ist es, Zellen mit hoher Energiedichte bei gleichzeitiger Schnellladefähigkeit für premium Automotive-Anwendungen zu erzeugen.

ElringKlinger wird durch die Entwicklung und Industrialisierung eines innovativen Zellgehäusedesigns zu einer wettbewerbsfähigen, europäischen Batteriewertschöpfungskette beitragen. Durch das neuartige Design werden die Bauteilanzahl und -komplexität dieser Zellgehäuse und der notwendige Verbrauch an energieintensiven Rohstoffen wie Aluminium und Kupfer reduziert. ElringKlinger wird so einen nachhaltigen Beitrag zur einer klimaneutralen, europäischen Batteriezellfertigung leisten.

Die Liofit aus Kamenz wird das Prinzip der Kreislaufwirtschaft auf Li-Ionen-Akkus der Mikroelektromobilität (Pedelecs, E-Scooter) anwenden. Diese Akkus werden geprüft, zerlegt, rekombiniert, repariert sowie nicht mehr verwendbare Zellpakete umweltfreundlich entladen und geschreddert, damit die Rohstoffe ihrer Wiederverwendung zugeführt werden können. Akku- und Recycling-knowhow wird unter einem Dach angesiedelt und damit ein Beitrag zu einer klimafreundlicheren Mobilität geleistet.

Manz beabsichtigt in ihrem Projekt "Lithium-Batteriefabrik der Zukunft“ hocheffiziente Maschinen und Prozesse zur vollautomatisierten Herstellung von Lithiumbatterien der Generationen 3 und 4 zu entwickeln. Die Herstellprozesse und die dazugehörigen Anlagen basieren auf einem neuen, digitalisierten und kostengünstigen Geschäftsmodell. Manz wird somit einen wirksamen Beitrag zum Aufbau einer nachhaltigen und wettbewerbsfähigen Batterieindustrie in Europa leisten.

Northvolt möchte die Entwicklung einer wettbewerbsfähigen europäischen Wertschöpfungskette für Batterien unterstützen. Northvolt will zu diesem Zweck ein umfangreiches FuE-Projekt in Schweden durchführen und untersucht im Rahmen seines IPCEI-Projekts die Möglichkeit für eine dritte Fertigungsstätte in Deutschland (neben Skelleftea, Schweden, und Salzgitter, Deutschland). Northvolt wird nun die abschließende Prüfung des Projekts vorbereiten, bevor eine endgültige Investitionsentscheidung getroffen wird.

Die SGL Carbon will mit der Entwicklung und Industrialisierung neuartiger Herstellungsprozesse und Recyclingkonzepte für innovative Anodenmaterialien einen essenziellen Beitrag zur Etablierung einer nachhaltigen und wettbewerbsfähigen europäischen Wertschöpfungskette und Kreislaufwirtschaft für Lithium-Ionen-Batterien leisten. Die EU-Klimaneutralitätsziele werden durch den resultierenden verbesserten Carbon Footprint, einen reduzierten Material- und Energieeinsatz sowie durch eine erhöhte Batterielebensdauer wesentlich unterstützt.

Die Skeleton Technologies aus Großröhrsdorf wird die Entwicklung hybrider Energiespeicher erforschen, welche die Vorteile von Lithium-Ionen-Batterien (hohe Energiedichte) mit den Vorteilen von Ultrakondensatoren (hohe Leistung, lange Lebensdauer) vereinen. Das Projekt sieht vor, durch Industrie 4.0 Innovationen die Kosten von Ultrakondensatoren deutlich zu senken und neuartige Hybridlösungen für Energiespeicher zu entwickeln, so dass der Ressourcenbedarf für klassische Batterien verringert wird.

Das zentrale Ziel von Tesla bei diesem Projekt ist die Entwicklung und Realisierung fortschrittlicher Herstellungs- und Recycling-Methoden von Li-Ionen-Batteriezellen, um den ökologischen Fußabdruck von Zellen sowie deren Stückkosten erheblich zu reduzieren. Dies ist entscheidend für das Erreichen des Ziels Teslas, die weltweite Transformation zu nachhaltiger Energienutzung zu beschleunigen.