CATL vermeldet Durchbruch bei LMB-Batterien

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Daniel Krenzer
Daniel Krenzer
  —  Lesedauer 4 min

Der chinesische Batteriehersteller CATL hat einen Durchbruch in der Lithium-Metall-Batterie-Technologie (LMB) durch quantitative Kartierung bekanntgegeben und damit eigenen Angaben zufolge Neuland in der Elektrolytstrategie betreten. „Diese bahnbrechende Forschung, die in Nature Nanotechnology veröffentlicht wurde, ermöglicht LMBs mit hoher Energiedichte und verlängerter Lebensdauer und löst damit eine seit langem bestehende Herausforderung in diesem Bereich“, schreibt CATL in einer Pressemitteilung. Der optimierte Prototyp habe eine Lebensdauer von 483 Zyklen erreicht und könne in moderne Designs integriert werden, um eine Energiedichte von mehr als 500 Wh/kg zu erreichen. „Dies ist ein bedeutender Schritt in Richtung der kommerziellen Nutzbarkeit für Anwendungen wie Elektrofahrzeuge und die elektrische Luftfahrt“, führt CATL aus.

LMB-Batterien gelten aufgrund ihrer intrinsisch hohen Energiedichte als mögliches Batteriesystem der nächsten Generation, insbesondere für High-End-Anwendungen wie Elektroautos und vor allem E-Nutzfahrzeuge mit großer Reichweite und die elektrische Luftfahrt, erläutert das Unternehmen weiter. Allerdings mussten bei diesen Batterien lange Zeit Kompromisse zwischen Energiedichte und Lebensdauer eingegangen werden.

Bisherige Forschungsarbeiten konzentrierten sich auf die Verbesserung der Zellleistung durch Optimierung der Solvatationsstrukturen und der Festelektrolyt-Phasengrenzflächen. „Diese Ansätze gingen jedoch oft zu Lasten der Lebensdauer, sodass keine kommerziell nutzbaren Lösungen erzielt werden konnten. Aufgrund der Schwierigkeiten bei der genauen Quantifizierung des Verbrauchs von aktivem Lithium und Elektrolytkomponenten während des Zyklus konnten nur begrenzte Fortschritte beim Verständnis des Ausfallverhaltens von LMB erzielt werden“, erläutert CATL.

Verdünnungsmittel bringt die Lösung

Um diese Hürde zu überwinden, habe das Forschungs- und Entwicklungsteam von CATL eine Reihe von Analysetechniken entwickelt und verfeinert, mit denen die Entwicklung des aktiven Lithiums und jeder Elektrolytkomponente während des gesamten Lebenszyklus der Batterie verfolgt werden könne. Dieser Ansatz verwandelte den Ausführungen nach eine „Black Box“ in eine „White Box“ und deckte die kritischen Entleerungswege auf, die zum Ausfall der Zellen führen.

Das Team entdeckte, dass entgegen früheren Annahmen die Hauptursache für den Zellausfall nicht der Zerfall des Lösungsmittels, die Ansammlung von inaktivem Lithium oder die Störung der Solvatationsumgebung ist, sondern der kontinuierliche Verbrauch des Elektrolytsalzes LiFSI, von dem bis zum Ende der Lebensdauer 71 Prozent verbraucht sind. „Diese Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit, den Fokus der Branche über die Coulomb-Effizienz (CE) hinaus, die lange Zeit als Schlüsselkennzahl für LMBs galt, auch auf die Elektrolythaltbarkeit als kritischen Faktor für eine nachhaltige Leistung auszuweiten“, schreibt CATL.

Aufbauend auf diesen Erkenntnissen optimierte CATL die Elektrolytformulierung durch die Einführung eines Verdünnungsmittels mit niedrigerem Molekulargewicht, heißt es weiter. Diese Anpassung erhöhte den Massenanteil des LiFSI-Salzes, verbesserte die Ionenleitfähigkeit und verringerte die Viskosität, ohne die Gesamtmasse des verwendeten Elektrolyts zu erhöhen. „Der daraus resultierende LMB-Prototyp weist zwar die gleiche CE wie die vorherige Version auf, verdoppelt jedoch die Lebensdauer auf 483 Zyklen und kann in neuen Designs mit einer Energiedichte von über 500 Wh/kg eingesetzt werden“, heißt es in der Mitteilung. Dieser Durchbruch leite einen Paradigmenwechsel bei der Entwicklung von Batterien ein, die sowohl energiereich als auch langlebig sind.

Gleiches Gewicht, doppelt so viel Energie

Zum Vergleich: Eine von Herstellern aktuell zumeist eingesetzte NMC-Batterie hat eine Energiedichte von etwa 250 Wh/kg, also etwa halb so viel wie die neuartige Batterie von CATL. Die Energiedichte von LFP-Batterien, wie sie Tesla und viele andere Hersteller mehr und mehr verwenden, liegt in der Regel sogar unter 200 Wh/kg. Und selbst Feststoffbatterien, die als Hoffnungsträger gelten, kommen bislang eher nicht auf solch gute Werte wie die LMB-Batterie von CATL. Bei einer Fahrzeugbatterie mit 100 kWh Kapazität wiegt das Material alleine also 400 Kilo, bei einer LMB-Batterie wären es nur 200 Kilo. Bei gleichem Gewicht könnte der Akku also 200 kWh Energie liefern, was mit Blick auf die von CATL berichtete Lebensdauer knapp 100.000 kWh Gesamtenergie ermöglichen würde. Damit kann ein Elektroauto etwa 500.000 Kilometer fahren.

„Wir sahen eine wertvolle Gelegenheit, die Lücke zwischen der akademischen Forschung und ihrer praktischen Anwendung in kommerziellen Batteriezellen zu schließen“, sagte Ouyang Chuying, Co-Präsident für Forschung und Entwicklung bei CATL und stellvertretender Direktor des 21C Lab. Weiterhin führte er aus: „Unsere Ergebnisse unterstreichen, dass der Verbrauch von LiFSI-Salz und vor allem die Gesamtkonzentration des Salzes ein grundlegender Faktor für die Langlebigkeit von Batterien ist.“

Die Forschung wurde im 21C Lab von CATL durchgeführt, das sich auf die Weiterentwicklung von Batterietechnologien der nächsten Generation konzentriert. CATL investierte im Jahr 2024 rund 18,6 Milliarden RMB (2,59 Milliarden US-Dollar) in Forschung und Entwicklung. Das Unternehmen hält eigenen Angaben nach weltweit mehr als 43.000 erteilte und angemeldete Patente. „Diese Bemühungen stärken die Führungsposition von CATL im Bereich der Batterietechnologieinnovation und setzen wissenschaftliche Forschung in praktische Lösungen für saubere Energie um“, ist sich der Batteriehersteller sicher.

Quelle: CATL – Pressemitteilung vom 28. Mai 2025

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Daniel Krenzer

Daniel Krenzer

Daniel Krenzer ist als studierter Verkehrsgeograf und gelernter Redakteur seit mehr als zehn Jahren auch als journalistischer Autotester mit Fokus auf alternative Antriebe aktiv und hat sich zudem 2022 zum IHK-zertifizierten Berater für E-Mobilität und alternative Antriebe ausbilden lassen.
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e-Tom:

Wenn die Reduktion/der Verbrauch des Elektrolyts die Degradation der Batteriezelle verursacht, dann lassen sich einige neue Möglichkeiten und Wege finden um „alte“ Zellen wieder aufzubereiten um sie weiter zu verwenden. Ein top Forschungsergebnis für mehr Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung! …ich hoffe, dass dies der Beginn für mehr ReUse als für Recycling wird (wenn die Wirtschaft da mitspielt)… speziell für den (akkubetriebenen) Gebrauchtwagen-Markt eine unglaubliche Chance. Die Anwendungsfelder in allen Bereichen wären dadurch riesig… Lets go for IT!

Dennis:

Ja … Die Rechnung mit den 500.000km lässt sich ja nun wirklich einfach navollziehen.

Aber NMC Zellen sind für weit mehr als 500Zyklen „garantiert“.

Die Autohersteller geben 8 Jahre/160.000km Akkugarantie selbst bei Autos mit winzigen 40kWh Akkus. Wenn wir von 1% kalendarischer Degradation pro Jahr ausgehen, dann gehen da allein 8% durch die Alterung drauf, also 1/4 der Dedradation bis 70%. Die 160.000km entsprechen bei 20kWh/100km etwas 800Zyklen. Wenn wir aber davon ausgehen, dass diese nur 3/4 der Degradation ausmachen, dann hat die Zelle eine garantierte Zyklenfestigkeit von etwas über 1000Zyklen im Datenblatt zu stehen gehabt.

Tatsächliche Degradationszahlen von Anwendern im Feld lassen aber eher eine Zyklenfestigkeit von 2000 bis 2500Zyklen hochrechnen. Natürlich immer noch abzüglich der kalendarischen Alterung. Es dauert halt auch bei wirklichen Vielfahrern rund 10Jahre, um die 500-700tkm aufs Auto zu fahren, womit selbst bei denen die Alterung alleine 1/3 der Degradation ausmacht. Aber selbst dann hat der Akku immerhin 1300 bis 1500 Zyklen geschafft!

Daniel:

Die errechneten Kilometer entsprechen den 483 Ladezyklen bei 200 kwh Batterie. Heute sind mit NMC ja auch rund 500 Ladezyklen garantiert (nur sind die Batteriekapazitäten eher bei 100 kwh).
Diese LMB Zelle von CATL ist noch in einem frühen Stadium. Wenn CATL dann wirklich eine LMB Batterie offiziell präsentiert mit Markteinführungszeitplänen, sind sie ziemlich zuverlässig bei der Umsetzung. Also erst mal Präsentationstermin abwarten.

Daniel:

Wäre auch was für Motorräder und E-Bikes.

Gastschreiber:

Toll solche Nachrichten zu lesen. Ich fände es sinnvoll, auch Hinweise zu geben, wie lange es typisch noch dauert, bis so ein Konzept in die wirtschaftliche Massenproduktion geht. Da sind 5-10 Jahre keine Seltenheit. Was mich etwas irritiert ist die Lebensdauer, diese 500.000km kommen mir eher wenig vor.

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