Festkörperbatterieproduktion bei ProLogium

Visualisierung des zukünftigen ProLogium-Werks in Dünkirchen (Foto: ProLogium)

Lithium-Ionen-Akkus in all ihren verschiedenen chemischen Zusammensetzungen sind weltweit allgegenwärtig. Von Mobilgeräten bis hin zu Autos und Lkw – fast alle Geräte mit Akku nutzen eine Lithium-basierte Technologie.

Diese Batterien haben zwar deutliche Verbesserungen erfahren, doch bestehen weiterhin Probleme. Extreme Kälte und Hitze können Leistung und Sicherheit beeinträchtigen, während die maximale Energiedichte auf etwa 250 Wattstunden (Wh) pro Kilogramm begrenzt ist. Daher muss ein batterieelektrisches Pkw rund 500 kg Lithium-Ionen-Zellen und die dazugehörige Hardware mitführen.

Lithium-Ionen-Akkus verdanken ihren Namen den flüssigen Lithiumsalzen, die als Elektrolyt dienen – dieses Medium transportiert geladene und entladene Ionen zwischen Anode und Kathode hin und her. Um zu verhindern, dass freie Elektronen denselben Weg zurücklegen, ist jede Zelle mit einem Separator ausgestattet. Wird diese Barriere beschädigt oder durchstochen, kann dies zu einer thermischen Überhitzung führen.

Wie der Name schon sagt, ersetzen Festkörperbatterien den flüssigen Elektrolyten durch ein festes Medium. Dieses besteht aus Keramik, Glas oder Kunststoff und dient gleichzeitig als Separator zwischen den beiden Elektroden. Da diese Schicht so widerstandsfähig ist, kann die Graphitanode einer Lithium-Ionen-Zelle durch eine Anode aus Lithium (oder einem anderen Hochleistungsmaterial) ersetzt werden, wodurch eine höhere Energiedichte (ca. 400 Wh/kg) erreicht werden kann.

Der Festelektrolyt verträgt deutlich höhere Temperaturen, wodurch Festkörperbatterien wesentlich schneller aufgeladen werden können – was zu kürzeren Ladezeiten führt. Zudem nimmt die Energiespeicherkapazität der Zelle langsamer ab, sodass sie deutlich mehr Lade-/Entladezyklen als vergleichbare Lithium-Ionen-Akkus ermöglicht.

Doch es gibt einen Haken: Festkörperbatterien bieten zwar deutliche Vorteile gegenüber Lithium-Ionen-Zellen, sind aber teuer und in großem Maßstab schwer herzustellen. Das liegt daran, dass sich die Schichten des Festelektrolyten beim Erhitzen ausdehnen und zusammenziehen, wodurch sie sich verschieben und die Leistung beeinträchtigt wird.

Wichtige Ankündigung

Vor diesem Hintergrund wird der Gewinner im Wettlauf um die Festkörperbatterie derjenige sein, der als Erster die Massenproduktion des geschichteten Festelektrolyten so perfektioniert, dass dieser Temperaturschwankungen standhält, ohne dass sich der Kern verformt.

Im September 2025 kündigte Vincent Yang, Gründer und CEO von ProLogium Technology, auf der IAA Mobility in München an, dass das Unternehmen nach zwei Jahrzehnten Forschung und Entwicklung bereit sei, seine Gen4 superfluidisierte, vollständig anorganische Festkörper-Lithium-Keramikbatterie vorzustellen.

„Dies ist nicht nur ein Laborkonzept, sondern ein verifiziertes, in Serie herstellbares System“, sagte Yang und fuhr fort: „Die Kerninnovationen sind unser patentierter SF-Ceramion-Elektrolyt, die 100%ige Siliziumanode und der 100%ige Keramikseparator, die zusammen einen neuen Standard für Batterien der nächsten Generation definieren.“

Standortwahl

Bis zu Yangs Ankündigung bezüglich der Gen4-Batterien hatte ProLogium die Forschung und Produktion von Batteriezellen in seinem Werk in Taiwan fortgesetzt. Dank neuer Investitionen war es nun an der Zeit, die neueste Technologie des Unternehmens in neue Märkte einzuführen.

Bei der Grundsteinlegung für ProLogium waren unter anderem hochrangige französische Regierungsmitglieder zu Gast (Foto: Power Progress).

An einem regnerischen und windigen Februartag dieses Jahres kamen französische Regierungsmitglieder und weitere Gäste zusammen, um den Spatenstich für die neue ProLogium-Gigafactory zur Herstellung von Festkörperbatteriezellen zu feiern. Das Unternehmen, das in der Nähe von Dünkirchen in Nordfrankreich angesiedelt ist, strebt ab 2028 eine Produktionskapazität von 4 GWh an.

Catherine Sung, Leiterin der globalen Strategie und der französischen Niederlassung von ProLogium, gab weitere Details zur Standortwahl bekannt.

„Das neue Werk musste in Europa errichtet werden, da wir bedeutende Investoren in dem Projekt hatten, die die Gigafactory in der Nähe ihrer eigenen Standorte haben wollten. Zu Beginn hatten wir etwa 90 Standorte in der engeren Auswahl. Darunter haben wir fünf potenzielle Standorte ausgewählt, darunter Dünkirchen.“

Ausschlaggebend für die endgültige Entscheidung für Dunkirk waren die Verfügbarkeit von ausreichend Strom sowie die Nutzung sauberer Technologien zur Stromerzeugung. Dies trägt dazu bei, den CO₂-Fußabdruck des Batterieherstellers weiter zu reduzieren.

Das Gelände von ProLogium in Dünkirchen, Frankreich, grenzt an das Hafenterminal (Foto: ProLogium).

„Der Hafen von Dünkirchen liegt natürlich direkt vor unserer Haustür“, fuhr Sung fort – die Containeranlagen waren vom ProLogium-Gelände aus gut sichtbar. „Wir können diese Verbindung nutzen, um Material anzuliefern und fertige Zellen zu exportieren, was unsere Logistik deutlich optimieren wird.“ Sie fügte hinzu, dass sich die Kunden in ganz Europa, Asien und den Vereinigten Staaten befinden werden.

Produktionspläne

Die Massenproduktion einer früheren Generation von ProLogium-Batteriezellen begann 2013 in Taiwan. Damals wurden die Zellen hauptsächlich für Unterhaltungselektronik und andere Bereiche eingesetzt; dazu gehörten auch medizinische Anwendungen, da das hohe Sicherheitsniveau der Batteriezellen sie für den Einsatz in unmittelbarer Nähe des Patienten geeignet macht.

„Ab diesem Zeitpunkt begannen wir, unsere Produktionstechnologie zu verbessern“, sagt Sung. „Wir stellten von der Fertigung von Zellen auf ein Rolle-zu-Rolle-Verfahren um. Die erste Version davon führten wir 2017 ein.“

Sung erklärt, dass das Rolle-zu-Rolle-Verfahren die physikalischen Eigenschaften des in Festkörperbatterien verwendeten Festelektrolyten nutzt, der zwar fest ist, aber eine gewisse Flexibilität aufweist. „Diese Flexibilität des Elektrolytmaterials ermöglicht die Rolle-zu-Rolle-Produktion und ist somit entscheidend für die Massenproduktion“, sagt sie.

Ein weiterer Faktor für die Serienfertigung von Batteriezellen ist die von ProLogium entwickelte Logithium-Technologie. Deren Kernfunktion wird als „einzigartige Rahmenklebestruktur zur Trennung von Batteriezellen, die die Batterieausbeute verbessert und Kurzschlüsse verhindert“ beschrieben. Darüber hinaus unterstützt das System die Ausrichtung der Elektrolytschichten und die korrekte Verbindung von Anode und Kathode.

Roll-to-Roll-System im ProLogium-Werk in Taoke, Taiwan (Foto: ProLogium)

Die einzelnen Batteriezellen sind bipolar verbunden, wobei die Anode einer Zelle mit der Kathode einer anderen verknüpft ist. Diese Konstruktion minimiert inaktives Material und erhöht gleichzeitig die Energiedichte und Leitfähigkeit, um letztendlich eine höhere Spannung zu erzielen. Zu den Herausforderungen zählen die Kontrolle des Grenzflächenwiderstands und die Gewährleistung der mechanischen Stabilität.

„Bei herkömmlichen Batterien verläuft die gesamte Verkabelung extern“, erklärt Sung. „Bei der bipolaren Methode ist der Verkabelungsaufwand minimal. Im Prinzip müssen die Zellen nur kurz miteinander verbunden werden. Deshalb bildet das Logithium-System die Grundlage unserer Technologie. Es ermöglicht die bipolare Anordnung.“

Ein weiterer Teil der Lösung ist der Separator; wie Yang in seinem IAA-Vortrag erläuterte, verwenden die von ProLogium hergestellten Zellen anstelle von Kunststoff ein Keramikmaterial. Diese Barriere weist eine überlegene mechanische Festigkeit auf und bietet in Kombination mit exzellenter thermischer Stabilität praktisch keine Kurzschlussgefahr.

Anders als andere Zellen, die einen festen, sulfidbasierten Elektrolyten verwenden, benötigt die Festkörperbatterie von ProLogium weder für die Produktion noch für den Betrieb externen Druck. Stattdessen ist der Laminierungsprozess auf die Temperatur angewiesen, um die notwendige Haftung zu erzielen. Dadurch entsteht die Grenzfläche zwischen der Elektrolytbasis und dem, was Sung als „aktives Material“ bezeichnet. Auf die Frage, worum es sich dabei handelt, lehnt sie eine Angabe ab, da dies ein Betriebsgeheimnis von ProLogium sei.

Obwohl der Elektrolyt keinen Druck benötigt, ist für die Kernmontage ein Trockenraum erforderlich. Denn Feuchtigkeit während des Schichtprozesses kann die Qualität des Endprodukts beeinträchtigen. Wie Sung anmerkt, wurden daher erhebliche Investitionen in die Einrichtung eines Trockenraums und geeigneter Montageanlagen getätigt.

Flexibilität durch Automatisierung

Nachdem ProLogium 2017 die Roll-to-Roll-Produktion eingeführt hatte, erreichte das Werk in Taiwan 2024 eine jährliche Produktionskapazität von einem Gigawatt. Genau diese Technologie soll laut Sung auch am Standort Dünkirchen zum Einsatz kommen.

„Das Werk wird nahezu vollständig automatisiert sein“, sagt sie. „Wir werden die Walzen zwar noch manuell be- und entladen, aber fast alle anderen Arbeitsschritte werden in gewissem Maße automatisiert ablaufen.“

Vincent Yang spricht bei der Grundsteinlegung für das neue ProLogium-Kraftwerk (Foto: Power Progress)

Die Automatisierung trägt auch zur Produktionsflexibilität bei. ProLogium wird Festkörperzellen in verschiedenen Größen gemäß den Kundenanforderungen fertigen, daher ist die Fähigkeit, automatisierte Prozesse an die Bereitstellung dieser Zellen anzupassen, grundlegend für das Geschäftsmodell.

„Wir werden Möglichkeiten in verschiedenen Märkten ausloten“, fügt sie hinzu. „Wir werden mit Herstellern von Elektrofahrzeugen zusammenarbeiten, aber auch mit Unternehmen, die batterieelektrische Speichersysteme, Anwendungen für die Luft- und Raumfahrt und möglicherweise auch Robotik entwickeln.“

Sung erklärt, dass die Planung der Produktionslinie in Dünkirchen Möglichkeiten zur weiteren Verzahnung von Betriebsabläufen und Prozessen auf Basis von Technologie und Kompetenzen bieten wird. Dies, zusammen mit anderen Faktoren, wird ProLogium helfen, sein erstes Ziel zu erreichen: die Produktion von 4 GW Batteriespeicherkapazität. Laut Sung entspricht dies 40.000 bis 50.000 Einzelzellen mit unterschiedlichen Kapazitäten.