Die Industrie könnte die Treibhausgasemissionen reduzieren, indem sie eine zirkuläre Wertschöpfungskette fördert, in der Batterien wiederverwendet, repariert oder recycelt werden. Dies erfordert jedoch einen enormen branchenübergreifenden Aufwand und Koordination.

Wirtschaftliche Hindernisse

Historische Preisspitzen und -volatilität, nationale Vorschriften und Baumaterialknappheit können den Bau von Fabriken dramatisch verzögern.

Harmonisierte Fertigungsstandards und ein starker Schwerpunkt auf lokaler Beschäftigung und integrativen Dialogen können einige dieser Hindernisse abmildern. Gesetze und Initiativen zur Rückverfolgbarkeit der Lieferkette können ebenfalls zur Verbesserung der Beschaffungspraktiken beitragen.

Materialien

Die bei der Batterieproduktion verwendeten Materialien können kritisch sein. Prominentestes Beispiel ist Lithium, das zwei Drittel der Kosten eines Elektroautos ausmacht.

Zu den weiteren Rohstoffproblemen zählen natürlicher Graphit, Nickel und Phosphor. Während die Bergbauinfrastruktur für diese Metalle im Allgemeinen gut ausgebaut ist, werden neue Vorkommen nicht schnell genug entdeckt, um die veralteten Minen auszugleichen. Daher ist in den kommenden Jahren mit einigen Rohstoffengpässen zu rechnen.

Ein weiteres potenzielles Problem besteht darin, dass die Operationen durch Menschenrechtsverletzungen, einschließlich Kinder- und Zwangsarbeit, negative Auswirkungen auf die lokale Gemeinschaft haben könnten. Kobalt beispielsweise steht auf der Liste der durch Kinder- und/oder Zwangsarbeit hergestellten Waren des Arbeitsministeriums.

Diesen Risiken lässt sich am besten durch strategische Planung und Diversifizierung der Lieferkette begegnen. McKinsey ist davon überzeugt, dass eine belastbare globale Wertschöpfungskette für Batterien rund um regionale Knotenpunkte aufgebaut werden kann, die mehr als 90 Prozent des lokalen Zellbedarfs und 80 Prozent des lokalen Bedarfs an aktivem Material abdecken.

Zelldesign

Verschiedene Entscheidungen beim Zelldesign wirken sich auf die Zuverlässigkeit, Sicherheit und Leistung der Batterie aus. Das Gehäuse oder die Tasche, interne Isolatoren, Kopfleisten, Entlüftungsöffnungen und Elektrodenmaterialien haben alle erhebliche Auswirkungen. So etwas wie eine Standard-Lithium-Ionen-Zelle gibt es nicht. Zellen, die nominell gleich aussehen, weisen ein völlig unterschiedliches Verhalten und eine sehr unterschiedliche Leistung auf.

Das in Lithium-Ionen-Batterien verwendete Elektrolytsalz (LiPF6) zersetzt sich zu giftiger Flusssäure (HF), wenn es während der Produktion und Montage mit Wasser vermischt oder Feuchtigkeit ausgesetzt wird. Die Herstellung und Montage der Zellen erfolgt in „trockenen Räumen“, um HF-Bildung zu verhindern.

Da die weltweite Nachfrage nach Li-Ionen-Batterien steigt, wird die Widerstandsfähigkeit der Lieferkette immer wichtiger. Dies kann durch vertikale Integration, lokalisiertes Upstream-Supply-Chain-Management, strategische Partnerschaften und eine stringente Planung von Produktionsanläufen erreicht werden. Unternehmen können auch dazu beitragen, eine nachhaltige und integrative soziale Wirkung zu erzielen, indem sie Gesundheits-, Sicherheits-, Fair-Trade-Standards sowie Initiativen zur Umwelt- und Gemeindeentwicklung unterstützen. Dazu gehört die Schaffung einer zirkulären Wertschöpfungskette, in der gebrauchte Batterien repariert, wiederverwendet oder recycelt werden können.

Zellen verbinden

Die meisten von den Li-Batteriekette Module in einem Fahrzeug werden mit parallelen Verbindungen mehrerer Zellen aufgebaut. Dies erhöht die Zuverlässigkeit des Systems durch die Hinzufügung redundanter Energiepfade. Es entsteht jedoch ein Stromungleichgewicht zwischen parallelen Zweigen und erhöht die Verschlechterung der Zellen aufgrund ungleicher Wärmeerzeugung und Widerstandsschwankungen von Zelle zu Zelle.

Dies führt zu einem Alterungsgradienten zwischen den einzelnen Parallelzweigen, der die Batteriekapazität verringert und ein Sicherheitsrisiko darstellt, wenn der höchste Zweigstrom den maximalen Nennlade-/Entladestrom der Zelle überschreitet (siehe Abbildung 1c). Dies kann dazu führen, dass die Zelle überhitzt, bevor die übrigen Sicherheitsvorrichtungen aktiviert werden.

Um dieses Problem zu lösen, muss das Design des Moduls eine sichere Trennung der geschweißten Zellen ermöglichen, ohne den Schweißprozess oder die Leistung zu beeinträchtigen. Dies kann erreicht werden, indem die Zellen so gestaltet werden, dass sie über zwei getrennte Verbindungsbereiche verfügen, die nach dem Schweißvorgang geschnitten werden. Die daraus resultierenden Einzelzellen können dann in neuen Batterieprodukten verwendet werden.

Verpackung

Wie die meisten gefährlichen Güter erfordern Lithiumbatterien und batteriebetriebene Geräte eine spezielle Verpackung, um ihre Sicherheit während des Transports zu gewährleisten. Diese Besonderheiten können je nach Transportart variieren.

Beispielsweise erfordert der Versand per Bahn die Einhaltung anderer spezifischer Richtlinien für den Transport gefährlicher Güter. Diese Vorschriften sind in den Richtlinien für die Beförderung gefährlicher Güter auf der Schiene (RID) detailliert beschrieben, die in Kombination mit den ADR-Richtlinien für den Straßentransport tatsächlich ähnliche Verpackungen, Prozesse und Schutzmaßnahmen erfordern.

Diese Art der Verpackung schützt vor Kurzschlüssen, indem sie nicht leitende Innenverpackungen verwendet, die Zellen und Batterien vollständig umschließen und sicher in stabilen Außenverpackungen untergebracht sind. Diese Pakete enthalten auch interne Trennwände, um Bewegungen zu verhindern, die zum Lösen der Anschlusskappen führen könnten, und sie sind mit Klebeband oder Sicherung versehen, um zu verhindern, dass sich die Batterie während des Transports bewegt. Diese Schutzmaßnahmen tragen zur Einhaltung der UN3480 und anderer Gefahrstoffrichtlinien bei.