China startet Produktion von Vollfestkörperbatterien für Elektroautos und will die Reichweite verdoppeln

Warum diese Produktionslinie jetzt wichtig ist

China hat im Wettlauf um die Transformation der Elektromobilität einen entscheidenden Schritt gemacht. Die Guangzhou Automobile Group (GAC) hat die erste Produktionslinie des Landes für großformatige Vollfestkörper-Batteriezellen in Fahrzeugqualität fertiggestellt. In der Anlage werden bereits kleine Chargen von Zellen mit 60 Amperestunden (Ah) für Tests gefertigt. Damit ist eine Schwelle überschritten, die die meisten Labore und Pilotprojekte noch nicht erreicht hatten. Diese Kapazität ist wichtig, weil sie dem Bedarf gängiger Elektroautos entspricht und die Technologie aus dem Labor in eine industrielle Umgebung bringt. Die Entwicklung läutet eine neue Phase für Batterien ein, die eine höhere Energiedichte, schnelleres Laden und mehr Sicherheit versprechen.

Die Produktionslinie von GAC ist auf Zellen mit mehr als 60 Ah ausgelegt und erreicht nach Unternehmensangaben eine Flächenkapazität von bis zu 7,7 Milliamperestunden pro Quadratzentimeter (mAh/cm2). Viele herkömmliche Produktionslinien mit Flüssigelektrolyt kommen auf etwa 5 mAh/cm2. Eine höhere Flächenkapazität ermöglicht dickere Elektroden, die auf gleichem Raum mehr Energie speichern. Laut GAC ist die Energiedichte nahezu doppelt so hoch wie bei heutigen Lithium-Ionen-Zellen. Das könnte es ermöglichen, die Reichweite eines Elektroautos, das heute rund 500 Kilometer schafft, mit einer vollen Ladung auf mehr als 1.000 Kilometer zu steigern. Das Unternehmen plant, die Batterien 2026 in Testfahrzeugen einzusetzen und abhängig von Validierung und Kosten zwischen 2027 und 2030 die Massenproduktion aufzunehmen.

China ist bei der weltweiten Versorgung mit herkömmlichen Batterien für Elektroautos bereits führend, unter anderem dank Unternehmen wie CATL und BYD. Mit dieser Produktionslinie positioniert GAC China so, dass das Land bei einer Technologie früh vorankommen kann, an der viele Autohersteller seit einem Jahrzehnt arbeiten. Zudem hat China eine gemeinsame Plattform ins Leben gerufen, auf der Batteriehersteller und Autohersteller zusammenarbeiten, um die Kommerzialisierung von Vollfestkörperbatterien zu beschleunigen. Gelingt es China, die Technologie zu wettbewerbsfähigen Kosten und mit zuverlässiger Leistung in großem Maßstab zu fertigen, könnte die nächste Generation von Elektroautos pro Ladung weiter fahren, schneller laden und zugleich höhere Sicherheitsreserven bieten.

Was ist eine Vollfestkörperbatterie?

Vollfestkörperbatterien ersetzen den flüssigen Elektrolyten herkömmlicher Lithium-Ionen-Zellen durch ein festes Material. Der Elektrolyt transportiert beim Laden und Entladen Ionen zwischen der positiven und der negativen Elektrode. Flüssige Elektrolyte sind effizient, aber entflammbar und begrenzen, wie dicht Energie gespeichert werden kann. Feste Elektrolyte ermöglichen eine dichtere Schichtung der Materialien und können eine bessere thermische Stabilität bieten. Der Wechsel zu einem festen Elektrolyten erschließt eine höhere Energie pro Volumen- und Gewichtseinheit und kann bei Beschädigung der Zelle die Brandgefahr verringern.

Energiedichte und Reichweite

Die Energiedichte, also die Energiemenge, die eine Batterie im Verhältnis zu ihrer Größe oder ihrem Gewicht speichert, wirkt sich am unmittelbarsten auf die Reichweite aus. GAC gibt an, dass sie nahezu doppelt so hoch ist wie bei herkömmlichen Zellen. Fährt ein heutiges Elektroauto mit einem Akku einer bestimmten Größe etwa 311 Meilen weit, könnte ein gleich großer Akku mit diesen Festkörperzellen rund 621 Meilen erreichen. In China werden Reichweiten oft nach dem CLTC-Prüfzyklus angegeben, der großzügiger ausfällt als der in den USA verwendete EPA-Zyklus. Eine CLTC-Angabe von 1.000 Kilometern kann im realen Betrieb oder bei einem Vergleich mit dem EPA-Zyklus etwa 650 bis 750 Kilometer (rund 400 bis 465 Meilen) entsprechen. Das wäre weiterhin ein deutlicher Zugewinn.

Sicherheit und Hitzebeständigkeit

Feste Elektrolyte neigen weniger zu Leckagen und Entzündung als flüssige Elektrolyte und vertragen höhere Temperaturen. GAC verweist auf Stabilität im Bereich von 300 bis 400 Grad Celsius, verglichen mit etwa 200 Grad bei vielen herkömmlichen Lithium-Ionen-Zellen. Eine höhere Hitzebeständigkeit kann die Widerstandsfähigkeit gegen Fehlbeanspruchung und das Wärmemanagement beim Schnellladen oder unter hoher Last verbessern. Die Technologie soll außerdem die Bildung nadelförmiger Lithiumstrukturen, sogenannter Dendriten, begrenzen, die Zellen beschädigen können. Mit den richtigen Materialien und Fertigungsverfahren können Vollfestkörperbatterien sowohl die Leistung als auch die Sicherheitsreserven erhöhen.

Ein Blick in die neue Produktionslinie von GAC

Die Produktionslinie von GAC ist auf großformatige Zellen mit 60 Ah ausgerichtet, die für Elektroautos in voller Größe besonders relevant sind. Das Unternehmen hebt ein trockenes Anodenverfahren hervor, das mehrere Schritte zu einem durchgängigen Prozess zusammenfasst. Bei der herkömmlichen Fertigung negativer Elektroden werden aktive Materialien zu einer Aufschlämmung vermischt, auf eine Metallfolie aufgetragen und auf die richtige Dicke gewalzt. Zwischen diesen Schritten sind Trocknung und Lösungsmittelrückgewinnung erforderlich. Durch die Zusammenführung von Aufschlämmungsherstellung, Beschichtung und Walzen in einem einzigen Schritt senkt GAC nach eigenen Angaben Zeit- und Energieaufwand. Der Verzicht auf die Lösungsmitteltrocknung kann bei einer Fertigung in großem Maßstab zudem Emissionen und Kosten reduzieren.

Die angegebene Flächenkapazität der Produktionslinie von 7,7 mAh/cm2 ist wichtig, weil sie zeigt, dass sich die Elektroden dicker fertigen lassen, ohne dass es zu Ausfällen kommt. Mit zunehmender Elektrodendicke kann es für Ionen schwieriger werden, sich durch das Material zu bewegen. Hersteller müssen Dicke, Leitfähigkeit, mechanische Festigkeit und Gleichmäßigkeit miteinander in Einklang bringen. Eine hohe Flächenkapazität ist ein wichtiges Zeichen dafür, dass ein Fertigungsverfahren eine hohe Energiedichte ermöglichen und zugleich die angestrebte Zyklenlebensdauer erreichen kann.

Warum die Flächenkapazität wichtig ist

Die Flächenkapazität gibt an, wie viel Ladung eine bestimmte Elektrodenfläche speichern kann. Sie beeinflusst, wie viel Energie in eine Zelle passt, ohne dass diese physisch größer werden muss. Höhere Werte ermöglichen es, mit weniger Zellen pro Akkupack einen bestimmten Energiegehalt zu erreichen. Das kann den Aufbau des Akkupacks vereinfachen, die Zahl der Kabel und Steckverbindungen verringern und die Kosten pro Kilowattstunde senken. Für Autohersteller bedeutet eine geringere Teilezahl auch weniger Gewicht und eine höhere Zuverlässigkeit, da es weniger mögliche Fehlerstellen gibt.

Wann kommen diese Batterien in Autos?

GAC plant, die Zellen 2026 in Testfahrzeuge einzubauen, um Leistung, Haltbarkeit und Sicherheit unter realen Fahrbedingungen zu prüfen. Entsprechen die Ergebnisse den Erwartungen aus dem Labor, rechnet das Unternehmen zwischen 2027 und 2030 mit einem schrittweisen Hochlauf der Massenproduktion. Erste Fahrzeuge mit den Batterien dürften zunächst höherpreisige Modelle oder limitierte Baureihen sein. Mit sinkenden Kosten und steigender Verfügbarkeit könnten sie anschließend in breitere Modellpaletten einziehen. So sind auch andere Fortschritte bei Batterien auf den Markt gekommen.

Reichweitenangaben von mehr als 1.000 Kilometern werden Aufmerksamkeit erregen. Fahrer sollten dabei die Unterschiede zwischen den Prüfzyklen berücksichtigen. Entscheidend ist vor allem der praktische Fortschritt. Eine Verdopplung der Energiedichte gibt Autoherstellern die Wahl zwischen größerer Reichweite bei gleicher Akkugröße oder ähnlicher Reichweite mit einem kleineren, leichteren und günstigeren Akku. Beide Möglichkeiten können die Gesamtkosten senken und das elektrische Fahren bequemer machen.

Chinas Vorstoß zur Industrialisierung der Festkörpertechnologie

Chinesische Behörden haben ihre Unterstützung für die rasche Entwicklung von Vollfestkörperbatterien signalisiert. Eine nationale Plattform für gemeinsame Innovation soll Materialzulieferer, Batteriehersteller und Autohersteller bei technologischen Ansätzen, Sicherheitsstandards und Fertigungsanlagen zusammenbringen. Analysten in China sehen einen schnell wachsenden Markt für Anlagen zur Fertigung von Festkörperzellen. Den Prognosen zufolge könnten die Anlagenverkäufe bis 2027 rund 2,5 Milliarden Yuan und bis 2030 mehr als 27 Milliarden Yuan erreichen, sofern die Kommerzialisierung planmäßig verläuft. Politische Unterstützung, koordinierte Forschung und eine inländische Zulieferbasis haben China bei früheren Batterieentwicklungen einen Vorsprung verschafft. Dieselben Voraussetzungen kommen nun auch hier zum Einsatz.

Wer ist noch im Rennen?

Der Meilenstein gehört GAC, doch mehrere chinesische Unternehmen machen parallel Fortschritte. BYD führt Praxistests mit einem Festkörperakku der ersten Generation durch, dessen Energiedichte Berichten zufolge rund 400 Wattstunden pro Kilogramm beträgt. Das Unternehmen will 2027 eine Pilotfertigung aufnehmen und die Technologie ab etwa 2030 breiter integrieren. SAIC und sein Partner Qingtao haben die zentralen Produktionslinien für eine Vollfestkörperbatterieanlage in Shanghai fertiggestellt. Gotion High Tech betreibt eine Pilotlinie und testet hochenergetische Festkörperzellen im Straßenverkehr. NIO setzt über einen Partner einen teilfesten Akku mit 150 Kilowattstunden ein. Dieser Zwischenschritt hilft dem Unternehmen, Erfahrungen bei der Integration energiereicher Zellen zu sammeln.

Außerhalb Chinas bauen Toyota und Nissan Prototypenlinien für laminierte Vollfestkörperzellen auf und peilen eine Markteinführung in der zweiten Hälfte der 2020er-Jahre an. Samsung SDI und LG Energy Solution investieren in Forschung und Entwicklung sowie Pilotanlagen für Festkörperbatterien. Das US-Unternehmen Solid Power baut die Produktion von Sulfidelektrolyten für Partner aus. Bei diesen Programmen ist die erste Nutzung in Autos überwiegend für den Zeitraum von 2027 bis 2030 geplant. Größere Stückzahlen dürften später folgen, wenn die Fertigungsausbeute steigt und die Kosten sinken.

Herausforderungen, für die es noch Lösungen braucht

Von einer Pilotlinie auf Millionen Zellen pro Jahr hochzufahren, ist schwierig. Der Festelektrolyt muss eine hohe Ionenleitfähigkeit erreichen und zugleich über Tausende Ladezyklen hinweg stabil gegenüber den Elektroden bleiben. Die Grenzflächen zwischen Festelektrolyt und Elektroden müssen eng in Kontakt bleiben und dürfen sich während des Betriebs nicht zu widerstandserhöhenden Schichten verändern. Einige Festelektrolyte, vor allem solche auf Sulfidbasis, erfordern bei der Fertigung eine strenge Kontrolle der Feuchtigkeit. Die Fertigungsausbeute, also der Anteil einwandfreier Zellen, muss auf branchenübliche Werte steigen, damit die Kosten sinken.

Auch die Lieferketten werden auf die Probe gestellt. Benötigt werden große Mengen an Festelektrolytpulver sowie Anoden aus Lithiummetall oder mit hohem Siliziumanteil. Fertigungsanlagen für Arbeitsschritte vom Mischen über das Pressen bis zur Laminierung müssen auch bei hoher Geschwindigkeit enge Toleranzen einhalten. Zudem müssen Recyclingverfahren für die neuen Materialien entwickelt werden. Diese Investitionen sind erheblich. Autohersteller dürften den frühen Einsatz deshalb auf Modelle konzentrieren, bei denen größere Reichweite oder Gewichtseinsparungen die höheren Batteriekosten rechtfertigen.

Die Führung von GAC hat klare Ziele dafür formuliert, was die Zellen in Fahrzeugen leisten sollen. Qi Hongzhong, Leiter der Forschung und Entwicklung für Antriebssysteme mit neuen Energien am Advanced Platform Technology Institute von GAC, beschrieb die angestrebten Verbesserungen.

Qi Hongzhong sagte, die Energiedichte der neuen Festkörperzellen sei nahezu doppelt so hoch wie die bestehender Lithium-Ionen-Batterien. Fahrzeuge, die heute etwas mehr als 500 Kilometer weit fahren, könnten mit diesen Zellen mehr als 1.000 Kilometer erreichen.

Das Zitat bringt das Potenzial auf den Punkt. Nun muss die Technologie diese Werte in Serienfahrzeugen, unter unterschiedlichen klimatischen Bedingungen und über jahrelange Nutzung hinweg zu Kosten erreichen, die sich auch breite Käufergruppen leisten können.

Was ein Elektroauto mit 1.000 Kilometern Reichweite für Fahrer und Stromnetze bedeutet

Ein alltagstaugliches Elektroauto mit 1.000 Kilometern Reichweite würde die Reiseplanung verändern. Viele Fahrer müssten nur noch wenige Male im Monat laden. Lange Strecken auf dem Land, die bisher eine sorgfältige Planung erfordern, ließen sich leichter ohne Zwischenstopp zurücklegen. Die Reichweite ermöglicht es Autoherstellern außerdem, kleinere Akkupacks einzubauen, ohne den Komfort zu beeinträchtigen. Ein kleinerer Akku kostet weniger, wiegt weniger und benötigt weniger Rohstoffe. So könnten die Vorteile der Festkörperzellen schneller auch in niedrigeren Preisklassen ankommen.

Ladenetze bleiben dennoch wichtig. Auch Zellen mit hoher Energiedichte müssen schnell geladen werden können, damit längere Autofahrten bequem bleiben. Chinas Infrastruktur wird bereits auf höhere Ladeleistungen ausgelegt. Neue Systeme im Megawattbereich gehen für Fahrzeuge der nächsten Generation in Betrieb. Festkörperbatterien, die höhere Ladeleistungen bei überschaubarem Aufwand für das Wärmemanagement aufnehmen können, verkürzen Ladepausen und entlasten die Akkupacks. Eine höhere Effizienz und Stabilität auf Zellebene machen solche Verbesserungen der Ladeinfrastruktur wertvoller.

Das Wichtigste in Kürze

• GAC hat Chinas erste Produktionslinie für großformatige Vollfestkörperzellen für Elektroautos in Fahrzeugqualität mit mehr als 60 Ah fertiggestellt und fertigt bereits kleine Chargen.
• Die Produktionslinie erreicht eine Flächenkapazität von bis zu 7,7 mAh/cm2. Die Energiedichte soll nahezu doppelt so hoch sein wie bei heutigen Lithium-Ionen-Zellen.
• Fahrzeugtests sind für 2026 geplant. Der schrittweise Hochlauf der Massenproduktion soll zwischen 2027 und 2030 erfolgen.
• Eine Reichweitenangabe von 1.000 Kilometern nach CLTC entspricht unter realistischeren Bedingungen etwa 400 bis 465 Meilen.
• Ein trockenes Anodenverfahren fasst mehrere Arbeitsschritte zusammen, spart Zeit und Energie und könnte die Kosten senken.
• China hat eine nationale Plattform für gemeinsame Innovation gegründet, um die Kommerzialisierung zu beschleunigen. Für Produktionsanlagen von Festkörperbatterien wird bis 2030 ein starkes Wachstum der Verkäufe erwartet.
• BYD, SAIC, Gotion und NIO treiben ihre Programme in China voran. Im Ausland arbeiten Toyota, Nissan, Samsung SDI, LG Energy Solution und Solid Power an der Technologie.
• Für die Fertigung in großem Maßstab braucht es Fortschritte bei der Fertigungsausbeute, stabilen Grenzflächen, Lieferketten für Festelektrolyte und Anoden sowie beim Nachweis der Haltbarkeit unter unterschiedlichen Bedingungen.