DER SECHSTE ANLAUF
bringt den Durchbruch

LISHEN – Tianjin, China

Es ist 2014: Jesse Wang wischt sich eine Schweissperle aus dem Gesicht und rückt die Atemmaske zurecht. Jetzt bloss keinen Fehler machen. Vor drei Jahren kam er zu Bühler. Damals wusste er nur wenig über Batterien. Niemals hätte er gedacht, dass er sich zum Experten für einen komplett neuen Prozess zur Herstellung von Elektrodenpaste entwickeln würde. Einen Prozess, der so neuartig wäre, dass sein Kunde und Partner Yi Liu später sagen würde: «Diese Lösung von Bühler wird die Batterieindustrie komplett verändern. Das ist ein historischer Moment, ein Umbruch.»

Der sechste Anlauf bringt den Durchbruch

Es ist 2014: Jesse Wang wischt sich eine Schweissperle aus dem Gesicht und rückt die Atemmaske zurecht. Jetzt bloss keinen Fehler machen. Vor drei Jahren kam er zu Bühler. Damals wusste er nur wenig über Batterien. Niemals hätte er gedacht, dass er sich zum Experten für einen komplett neuen Prozess zur Herstellung von Elektrodenpaste entwickeln würde. Einen Prozess, der so neuartig wäre, dass sein Kunde und Partner Yi Liu später sagen würde: "Diese Lösung von Bühler wird die Batterieindustrie komplett verändern. Das ist ein historischer Moment, ein Umbruch."

Electrode slurry production
Die Viskosität der Elektrodenpaste wurde während sechs Jahren perfektioniert.

Kurz nach seiner Einstellung erhielt Wang den Auftrag, das Batterielabor am Bühler Standort in Wuxi aufzubauen. Denn die Gespräche mit dem ersten Kunden waren derart aussichtsreich, dass sich Bühler schnell zu diesem Vorinvestment entschied. Damit wurde Wang verantwortlich für das Batteriegeschäft in China, unterstützt von den Kollegen in der Schweizer Konzernzentrale, die die Ursprungsidee für den Prozess entwickelt hatten. Jetzt steht er allein im Batterielabor und führt bereits den sechsten Versuch durch, um die Elektrodenpaste herzustellen. Bislang zeigten die Tests nicht die erwünschten Resultate. Würde er diesmal die hohen Anforderungen des Kunden Lishen erfüllen? 

Batterien geben den Takt an

Batterien halten unsere Welt am Laufen. Sie sind die kleinen Energiespeicher, die unser Leben antreiben und einfacher machen. Immer mehr Autos sind komplett von Batterien betrieben - insbesondere in China. Hier wurden 2017 rund 800'000 Elektroautos verkauft, das ist beinahe die Hälfte der Gesamtproduktion weltweit. Die chinesische Regierung unterstützt die E-Mobilität massiv mit Subventionen. Sie ist eine wirksame Massnahme gegen die Luftverschmutzung und bildet einen zentralen Teil der Strategie, mit welcher China zum High-Tech-Land werden will. Doch die Unterstützungsleistungen enden voraussichtlich Ende 2020. Spätestens dann müssen die Autobatterien derart leistungsfähig sein, dass sie auf dem freien Markt bestehen können. Grund genug für Batterieunternehmen wie Lishen, in die Forschung und Entwicklung neuer Verfahren zur Herstellung von Batterien zu investieren.

1997 gegründet, beschäftigt Lishen heute über 9000 Mitarbeitende. Die Kundenliste liest sich wie ein Who-is-Who  der Elektronik- und Unterhaltungsindustrie: Apple, Samsung, Dell, HP, Huawei oder Lenovo sind nur einige der illustren Namen. Der chinesische Batteriehersteller betreibt Produktionswerke in Beijing, Qingdao, Suzhou, Wuhan, Shenzhen und Mianyang und ist einer der Top-Five-Batterieproduzenten Chinas. Lishen plant, die jetzige Jahresleistung von rund 10 GWh bis 2021 auf 40 GWh zu steigern – das entspricht einem Output von rund 800’000 Autobatterien. 

Der neue Mischprozess verbessert die Batterien

Wang trägt die Elektrodenpaste vorsichtig auf eine Trägerfolie auf. Sie ist schwarz und leicht dickflüssig. Ein Filmziehgerät hilft ihm, die Schicht möglichst dünn auf die Folie zu streichen, sie soll nicht dicker als 100 Mikrometer sein. Danach geht die getrocknete Elektrode weiter zu Lishen. Und zu seinem Hauptkontakt, zu Liu, dem zuständigen Ingenieur auf der Kundenseite. Die Zusammenarbeit mit Lishen ist eng. Die zwei Unternehmen agieren als Sparring Partner: Lishen bringt als Auftraggeber das Batterien-Knowhow ein, Bühler im Gegenzug Prozesswissen und jahrelange Erfahrung im kontinuierlichen Mischen; einem einzigartigen Mischprozess, der in der Batterieindustrie zuvor noch nie zum Einsatz gekommen ist. 

Bühler employee Jesse Wang
Der Bühler Engineer Jesse Wang hat den Herstellungsprozess von Batterien massgeblich revolutioniert.

Die Elektrodenpaste ist wesentlich für die Leistungs- und Energiedichte einer Batterie, also für die Leistung und Energie pro Batterievolumen. Traditionell wird sie chargenweise in grossen Behältern produziert. Diese herkömmlichen Anlagen sind gross und teuer. Ausserdem ist der Prozess sehr unflexibel: Genügt eine Charge den Anforderungen nicht, wird sie entsorgt oder für minderwertige Produkte verwendet. Während die Herstellung der grossen Chargen mehrere Stunden dauert, nimmt die Produktion im neuen, von Bühler entwickelten Prozess nur etwa eine Minute in Anspruch. Mit dem Einsatz des gleichdrehenden Zweiwellenmischers werden die notwendigen Prozessschritte wie Mischen, Homogenisieren, Dispergieren und Entgasen in einem einzigen, kontinuierlich betriebenen Aggregat vereint. Und dank des kontinuierlichen Mischprozesses kann der Hersteller jederzeit eingreifen, falls das Resultat den Anforderungen nicht entspricht. Was am Schluss zählt: Der verbesserte Mischprozess steigert die Leistungsfähigkeit der Batterien deutlich. Ausserdem sinkt der Investitionsaufwand und auch die Energiekosten liegen deutlich tiefer als bei der herkömmlichen Herstellungsweise. Nicht zuletzt sind Platzbedarf und Ausschuss jetzt deutlich geringer. Das hat auch Lishen überzeugt. Die Abkehr von der klassischen Chargenverarbeitung von Elektrodenpaste zu einem neuen, kontinuierlichen Prozess rechnet sich für den Kunden. Doch gelingt es Bühler früh genug, den Prozess zur Industriereife zu bringen? 

Jeder Versuch dauert mehrere Monate: Zuerst erarbeiten und validieren Bühler Ingenieure die optimale Zusammensetzung der Paste basierend auf den Vorgaben von Lishen. Erst wenn das Bühler Team mit den Testergebnissen zufrieden ist, stellen sie 50 Liter mit dem neuen Rezept her, die sie dann an Lishen schicken. Liu, zu diesem Zeitpunkt leitender Ingenieur der Prozessabteilung bei Lishen, übernimmt dann. Das Lishen-Team erstellt mit der neuen Elektrodenpaste Prototypen der Batterien und testet diese ausgiebig. Denn es ist keine gewöhnliche Elektrodenpaste: Bühler hat den Erstellungsprozess für Batterien revolutioniert. 

Bringt der sechste Testversuch die Lösung?

Wang steht im Analyselabor. Neben vielen anderen Parametern hat er beim nunmehr sechsten Testversuch die Konzentration des Bindemittels weiter angepasst. Die Testresultate liegen vor ihm. Er prüft die Viskosität und die Verteilung der Partikel in der Elektrodenpaste sowie die elektrische Leitfähigkeit der Elektrode, die gemeinsam die Leistungs- und Energiedichte der Batterie bestimmen. In den letzten Versuchsreihen hatte ihm gerade die Viskosität der Paste zu schaffen gemacht. Immer neue Rohmaterialien und neue Parametereinstellungen hatten dazu geführt, dass die Paste zu dick wurde und sich nicht optimal einsetzen liess. «Zähflüssig wie Zahnpasta», erinnert sich Wang. Doch diesmal überzeugen die Werte. Die Testresultate entsprechen den Forderungen von Liu. Aber es werden einige Monate vergehen, bis Lishen die Ergebnisse bestätigen wird. Eine lange Wartezeit, bis Wang weiss, ob der Kunde weitere Versuche einfordern wird. Die Zeit drängt, denn die Konkurrenz von Lishen arbeitet ebenfalls an Innovationen und der Prozess von Bühler ist der erste in einer Reihe von Schritten in der aufwändigen Entwicklung von Batterien. Verfehlen die Bühler 

Ingenieure ihr Ziel, sind der gesamte Herstellungsprozess und die neue Anlage, die Lishen in Suzhou plant, gefährdet.

Die Produktion von Batterien gestaltet sich in mehreren Phasen. Es beginnt mit der Aufbereitung der Rohmaterialien, die die Batteriehersteller üblicherweise bei Chemieunternehmen einkaufen. Sie werden in einem Mischprozess zu Anoden- und Kathodenpasten verarbeitet. An diesem Punkt setzt der innovative kontinuierliche Mischprozess von Bühler an. Lösungen von Bühler kommen aber auch im vorgelagerten Arbeitsschritt für die korrekte Dosierung der Rohmaterialien zum Zug. Nach dem Mischvorgang werden die Pasten auf Folien aufgetragen. Diese werden zugeschnitten und zu Batteriezellen aufgerollt. In einem nächsten Schritt laden und entladen die Hersteller die Zellen und sorgen so für eine bestmögliche Batteriequalität. Zuletzt erfolgt die Verpackung der Zellen in Batteriepackungen, die danach in den Automobilen verwendet werden. Eine einzelne Elektroautobatterie besteht aus mehreren hundert bis mehreren tausend Batteriezellen. 

Production hall
Der Twin-Shaft-Mischer ist das Herzstück von Bühlers kontinuierlichem Mischprozess für die Produktion von Elektrodenpaste.

Ein Anruf, der alles entscheidet

Monate später, Wangs Mobiltelefon klingelt. Am anderen Ende spricht Liu. Der sonst eher zurückhaltende Projektleiter ist begeistert, die Resultate des sechsten Versuchs überzeugen: Das Problem der Viskosität ist gelöst und die Leistungs- und Energiedichte der Batterien wurde während der Versuchsreihen deutlich gesteigert. Wang traut den Resultaten erst, als er die Tests ein weiteres Mal durchführen lässt. In der Tat haben es Wang und das Team geschafft: Die Elektrodenpaste entspricht der geforderten Qualität. Jetzt geht es schnell: Lishen unterschreibt einen Vertrag zur Lieferung einer Pilotanlage im Werk Tianjin. Es ist August 2014, drei Jahre nach Wangs Einstieg bei Bühler.

Die erfolgreichen Versuche, die schliesslich zur Bestellung der ersten Pilotanlage geführt hatten, waren der Beginn einer gemeinsamen Erfolgsgeschichte von Lishen und Bühler. Die beiden Partner vereinbarten die Lieferung von zehn Produktionslinien im Industriemassstab: Vier sollten im neuen Werk in Suzhou eröffnet werden, zwei in Tianjin, dem Ort der Pilotanlage, und vier weitere am Standort Qingdao. Gemeinsam erreichen die Linien einen jährlichen Output von bis zu 10 GW/h, das ist genug, um jährlich über 200’000 Autobatterien herzustellen. «Mit dieser Bestellung konnten wir in der Industrie ein klares Zeichen setzen: Der neuartige Mischprozess hat die Industriereife erreicht, die Vorteile lassen sich direkt in der Industrieumgebung zeigen. Weitere Bestellungen liessen deshalb auch nicht lange auf sich warten. Bereits hat ein anderer Kunde vier Produktionslinien bestellt, und wir sind mit weiteren Kunden in Gesprächen», sagt Wang stolz.

Ein Meilenstein im Batteriegeschäft

Wang bindet sich seine Krawatte. Es ist der 20. Juli 2017. Heute steht ein historischer Moment bevor: die feierliche Eröffnung des Lishen-Werks in Suzhou vor hunderten von Zuschauern. Wang hat das Werk schon besucht und weiss,  wie beeindruckend es ist: Auf 600 mal 50 Metern umfasst das Werk alle Verarbeitungsschritte für Autobatterien von den Rohmaterialien und der Elektrodenpaste bis zur fertigen Elektroautobatterie. 

Die gesamte Batterieindustrie wird sich heute Abend versammeln. Vertreter der lokalen und regionalen Regierung werden sich die Klinke reichen. Ein schöner Erfolg nach sechs Jahren Laborarbeit.

Es ist dunkel geworden in Suzhou. Das Publikum lauscht gespannt den Ausführungen von Qin Xingcai, dem Präsidenten von Lishen. Das Unternehmen plant, mit der neuen Anlage ganz vorne im chinesischen Batterienmarkt dabei zu sein. «Im neuen Werk produzieren wir Batterien einer neuen Generation. Mit einer 30%-Steigerung bei der Energiedichte haben wir einen Quantensprung erreicht», betont Xingcai vor den Anwesenden. Liu und Wang nicken sich anerkennend zu. Lishen Suzhou würdigt Bühler mit dem Preis als bester Equipment-Lieferant. «Sechs Jahre gemeinsame Forschung und Entwicklung haben sich ausgezahlt. Sechs Jahre starke Zusammenarbeit von Lishen und Bühler in China und der Schweiz. Dieser Preis und zehn Produktionslinien bei Lishen sind der sichtbare Beweis dafür», sagt Wang. Und Liu fügt hinzu: «Bühler hielt seine Versprechen. Es ist eine langfristige Partnerschaft, gemeinsam gehen wir neue Projekte an.»

Liu ist mittlerweile zum Manager der Ingenieursabteilung bei Lishen ernannt worden – nicht zuletzt dank des erfolgreichen Projekts, das er mit  Bühler umgesetzt hat. Und eines Meilensteins im Batteriegeschäft.

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