Trends in der Lithiumbatterie-Fertigung bis 2026: Roadmap zur Ausrüstungsmodernisierung

Mit Blick auf das Jahr 2026 wird für die globale Lithiumbatterieindustrie immer deutlicher, dass die Fertigungskapazität – und nicht allein elektrochemische Durchbrüche im Labormaßstab – darüber entscheiden wird, welche Technologien sich in großem Maßstab durchsetzen. In den letzten zehn Jahren wurden Leistungsverbesserungen von Lithium-Ionen-Batterien vor allem durch Materialinnovationen erzielt: höherwertige Nickel-Kathoden, siliziumdotierte Anoden, verbesserte Elektrolyte und optimierte Additive. Da sich das Wachstum der Energiedichte jedoch verlangsamt und der Druck hinsichtlich Sicherheit, Kosten und Nachhaltigkeit zunimmt, verschiebt sich der Schwerpunkt der Branche.

Aus meiner Sicht als Fertigungsingenieur und Systemintegrator mit über 23 Jahren Erfahrung wird die nächste Wettbewerbsphase durch Anlagenarchitektur, Prozessstabilität und Skalierbarkeit auf Werksebene bestimmt sein. Technologien wie die Trockenelektrodenverarbeitung und Festkörperbatterien werden oft im Kontext der Materialwissenschaft diskutiert, ihre eigentlichen Herausforderungen liegen jedoch in der Herstellbarkeit. Ohne entsprechende Modernisierungen der Produktionsanlagen und der Prozesssteuerung können diese Technologien nicht über Pilotversuche hinauskommen.

Dieser Artikel analysiert die Technologietrends in der Lithiumbatterieherstellung bis 2026 aus Sicht der Anlagen- und Verfahrenstechnik. Er beleuchtet, wie Trockenelektroden- und Festkörperbatterietechnologien die Anforderungen an Produktionslinien verändern, und bietet Herstellern, die ihre Fabriken der nächsten Generation planen, einen praktischen Fahrplan für die Modernisierung ihrer Anlagen.

Warum Ausrüstungsmodernisierungen jetzt der kritische Engpass sind

In der traditionellen Lithium-Ionen-Batterieproduktion hat die Industrie ein relativ ausgereiftes Gleichgewicht zwischen Materialien, Prozessparametern und Anlagenzuverlässigkeit erreicht. Konventionelle Nassverfahren zur Elektrodenherstellung, Befüllung mit flüssigem Elektrolyten und Formierungsprotokolle sind gut erforscht, und die Ausbeuteoptimierung erfolgt nach etablierten Methoden.

Neue Batterietechnologien stören dieses Gleichgewicht jedoch auf drei grundlegende Arten:

1. Die Prozessfenster werden enger – Neue Materialien und Strukturen sind weniger tolerant gegenüber Abweichungen.

2. Herkömmliche Anlagen stoßen an physikalische Grenzen – Maschinen, die für Beschichtungen auf Schlammbasis oder für flüssige Elektrolyte ausgelegt sind, lassen sich nicht ohne Weiteres anpassen.

3. Die Risiken einer Produktionsausweitung steigen exponentiell – Der Erfolg im Labor lässt sich nicht linear auf die Massenproduktion übertragen.

Folglich ist die Geräteentwicklung nicht länger ein nachgelagerter Aspekt. Sie muss gemeinsam mit der Batterietechnologie selbst entwickelt werden, insbesondere bei Trockenelektroden- und Festkörpersystemen.

Trockenelektrodentechnologie: Neudefinition von Anlagen zur Elektrodenherstellung

1. Von der Schlickerbeschichtung zur Festkörperfilmbildung

Die Trockenelektrodentechnologie eliminiert Lösungsmittel und das Mischen von Suspensionen und ersetzt diese durch pulverbasierte Verdichtungs-, Fibrillierungs- und Filmbildungsverfahren. Dieser Ansatz bietet klare Vorteile – geringerer Energieverbrauch, reduzierte Umweltbelastung und kürzere Produktionszyklen – verändert aber grundlegend die Anforderungen an die Anlagen.

Herkömmliche Beschichtungsanlagen basieren auf: - Schlammmischsystemen - Schlitzdüsen- oder Kommabeschichtungsanlagen - Langtrockenöfen - Lösemittelrückgewinnungsanlagen

Trockenelektrodenlinien erfordern hingegen: – Hochpräzise Pulverzuführungssysteme – Kontrollierte Fibrillierungs- oder Bindemittelaktivierungsmechanismen – Hochdruckkalandrier- und Filmverdichtungsanlagen – Inline-Dicken- und Dichteüberwachung

2. Neue Herausforderungen durch neue Ausrüstung

Aus ingenieurtechnischer Sicht birgt die Trockenelektrodenverarbeitung einige nicht unerhebliche Herausforderungen:

• Kontrolle der Pulverhomogenität: Im Gegensatz zu Flüssigkeiten neigen Pulver zur Entmischung, Agglomeration und Fließinstabilität.

• Mechanische Spannungssteuerung: Übermäßige Verdichtung kann aktive Materialien oder leitfähige Netzwerke beschädigen.

• Prozesswiederholbarkeit: Kleine Schwankungen bei Druck oder Temperatur können zu großen Leistungsabweichungen führen.

Bei TOB New Energy haben unsere Ingenieurteams festgestellt, dass viele frühe Pilotanlagen für Trockenelektroden nicht aufgrund der Materialchemie scheitern, sondern weil die Anlagen keine ausreichende Prozesskontrollauflösung aufweisen.

Festkörperbatterien: Die Ausrüstung muss Schnittstellen ermöglichen, nicht nur die Montage.

1. Die Fertigungsrealität von Festkörperzellen

Festkörperbatterien versprechen höhere Sicherheit und potenziell höhere Energiedichte, stellen aber gleichzeitig beispiellose Anforderungen an die Fertigungsanlagen. Im Gegensatz zu Flüssigelektrolytsystemen sind Festkörperzellen grenzflächendominierte Systeme. Die Qualität des Kontakts zwischen Festelektrolyt und Elektroden bestimmt die Ionenleitfähigkeit, die Zyklenlebensdauer und die Zuverlässigkeit.

Dadurch verschiebt sich die Rolle der Ausrüstung von einer einfachen Montage hin zu einer Schnittstellenentwicklung.

2. Wichtigste Ausrüstungsanforderungen für die Festkörperproduktion

Für die Herstellung von Festkörperbatterien werden Anlagen benötigt, die Folgendes leisten können:

• Hochpräzise Schichtstapelung und -ausrichtung

• Gleichmäßige Druckanwendung während der Laminierung

• Handhabung von feuchtigkeitsempfindlichen Materialien unter kontrollierter Atmosphäre

• Schädigungsarme Verdichtungs- und Sinterverfahren (sofern anwendbar)

Viele bestehende Lithium-Ionen-Montageanlagen können diese Anforderungen ohne grundlegende Überarbeitung nicht erfüllen. Beispielsweise mangelt es Standard-Laminieranlagen möglicherweise an der für Festelektrolytschichten erforderlichen Druckgleichmäßigkeit oder Rückkopplungsregelung.

Traditionelle vs. Fertigungsprozesse der neuen Generation

Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten Unterschiede zwischen der konventionellen Lithium-Ionen-Batterieherstellung und den aufkommenden Trockenelektroden- und Festkörperverfahren aus Sicht der Ausrüstung zusammen.

Dieser Vergleich verdeutlicht einen entscheidenden Punkt: Neue Batterietechnologien erfordern einen unverhältnismäßig höheren technischen Anspruch, selbst wenn die einzelnen Prozessschritte insgesamt einfacher erscheinen.

Roadmap für die Modernisierung der Ausrüstung für 2026–2028

Auf Grundlage unserer internen Projekte und der Zusammenarbeit mit Kunden empfiehlt TOB New Energy eine schrittweise Modernisierung der Anlagen anstelle eines abrupten Technologieaustauschs.

Phase 1: Hybridlinien und modulare Modernisierungen

Die Hersteller sollten mit hybriden Produktionslinien beginnen, die bewährte nachgelagerte Prozesse (Montage, Formgebung, Alterung) beibehalten und gleichzeitig vorgelagerte Anlagen wie beispielsweise folgende gezielt modernisieren:

• Pilotmodule mit Trockenelektrode

• Fortschrittliche Kalandriersysteme mit Regelung

• Verbesserte Messtechnik und Inline-Inspektion

Dieser Ansatz reduziert das Kapitalrisiko und ermöglicht es den Teams gleichzeitig, Prozessdaten zu sammeln.

Phase 2: Eigene Pilotstrecken

Sobald die Prozessstabilität nachgewiesen ist, sollten dedizierte Pilotanlagen mit folgender Ausstattung eingesetzt werden:

• Vollständig kundenspezifische Anlagen zur Elektrodenherstellung

• Festkörperkompatible Laminierungs- und Stapelsysteme

• Erweiterte Umgebungssteuerung (Luftfeuchtigkeit, Feinstaubbelastung)

In dieser Phase verlagert sich der Fokus von der Machbarkeit hin zur Ertragsoptimierung und Reproduzierbarkeit.

Phase 3: Entwicklung der Serienfertigungslinie

Für einen flächendeckenden Einsatz müssen bei der Geräteentwicklung folgende Prioritäten gesetzt werden:

• Langfristige mechanische Stabilität

• Wartungsfreundlichkeit und Standardisierung der Ersatzteile

• Integration mit MES- und Qualitätsrückverfolgbarkeitssystemen

Nach unserer Erfahrung treten viele Skalierungsfehler auf, weil die Anlagen der Pilotlinie direkt in die Massenproduktion übernommen werden, ohne sie für den Dauerbetrieb neu zu konstruieren.

Expertenmeinung: Die Einschätzung der TOB-Ingenieure zur zukünftigen Kapazität

Nach internen Prognosen des Ingenieurteams von TOB New Energy werden bis 2030 mehr als 30 % der neu errichteten Produktionskapazitäten für Lithiumbatterien auf Trockenelektroden- oder Festkörper-kompatiblen Gerätearchitekturen basieren.

Dies bedeutet jedoch nicht, dass konventionelle Anlagen sofort ersetzt werden. Vielmehr erwarten wir eine längere Phase der Koexistenz, in der traditionelle Nassverfahren weiterhin Anwendungen mit hohem Durchsatz dominieren, während fortschrittliche, anlagengestützte Technologien in leistungsstarken, sicherheitskritischen oder nachhaltigkeitsorientierten Märkten zum Einsatz kommen.

Unsere Ingenieure gehen außerdem davon aus, dass Ausrüstungslieferanten, die zur Anpassung, schnellen Iteration und technologieübergreifenden Integration fähig sind, eine entscheidende Rolle bei der Ermöglichung dieses Übergangs spielen werden.

Fazit: Fertigungskapazität als strategischer Vorteil

Mit Blick auf die Zeit nach 2026 wird deutlich, dass die Lithiumbatterieindustrie in eine produktionsgetriebene Ära eintritt. Trockenelektroden und Festkörpertechnologien Sie werden nicht allein aufgrund von Materialinnovationen erfolgreich sein. Ihr Erfolg hängt davon ab, ob die Anlagensysteme Prozessstabilität, Skalierbarkeit und Wirtschaftlichkeit gewährleisten können.

Für Batteriehersteller lautet die zentrale strategische Frage nicht mehr „Welche Chemie ist die beste?“, sondern vielmehr „Welche Technologie können wir zuverlässig in großem Maßstab herstellen?“ Die Antwort auf diese Frage wird von den heute getroffenen Entscheidungen zur Modernisierung der Anlagen bestimmt.

Bei TOB Neue Energie Wir sind überzeugt, dass fundiertes technisches Know-how, Anpassungsfähigkeit und praktische Produktionserfahrung unerlässlich sind, um diesen Wandel erfolgreich zu gestalten. Indem die technologischen Ambitionen mit den Realitäten der Fertigung in Einklang gebracht werden, kann die Branche von vielversprechenden Konzepten zu nachhaltigen, großtechnischen Energiespeicherlösungen gelangen.