Kathodenmaterial der dritten Generation LNMO steht kurz vor Massenproduktion und -anwendung

August 2025 – In den letzten Jahren hat die Lithiumbatterieindustrie kontinuierliche Fortschritte bei der Entwicklung von Kathodenmaterialien gemacht. Auf dem CIBF2023-Forum unterteilte Professor Huang Xuejie vom Institut für Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften die Entwicklung von Kathodenmaterialien in drei Generationen: Die erste Generation besteht aus Lithiummanganoxid (LMO), die zweite Generation umfasst Lithiumeisenphosphat (LFP) und ternäre Materialien und die dritte Generation umfasst spinellartiges Lithiumnickelmanganoxid (LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄ oder LNMO) und Lithiumnickeloxid.

Unter diesen gilt LNMO aufgrund seiner hohen Betriebsspannung, der erhöhten Energiedichte und der geringeren Kosten als führender Kandidat für Kathodenmaterialien der nächsten Generation. Es gilt als vielversprechende Alternative zu LFP- und ternären Systemen. Mehrere führende Batteriehersteller haben großes Interesse an LNMO bekundet und engagieren sich aktiv in Forschung und Entwicklung sowie in der Technologiereserve.

Vorteile der LNMO-Technologie

lKobaltfrei und kostengünstig: LNMO ist kobaltfrei und besteht hauptsächlich aus Mangan. Die Materialkosten sind etwa 20 % niedriger als bei LFP und 40 % niedriger als bei ternären Kathoden.

lHohe Energiedichte: Mit einer Entladeplattform von bis zu 4,5 V (im Vergleich zu 3,2 V für LFP) bietet LNMO eine um 22,5 % höhere Energiedichte pro Masseneinheit.

lVerbesserte Lithiumnutzung: LNMO steigert die Lithiumressourcennutzung von etwa 70 % (typisch für ternäre Materialien) auf rund 95 %, wodurch der Lithiumverbrauch erheblich reduziert wird.

lÜberlegene volumetrische Energiedichte: LNMO-Zellen bieten eine bis zu 50 % höhere volumetrische Energiedichte als LFP und sind daher ideal für Anwendungen mit strengen Volumenbeschränkungen wie Elektrofahrzeuge und Energiespeichersysteme.

Technische Durchbrüche und Produktionsreife

Trotz seiner Vorteile wurde die Kommerzialisierung von LNMO lange Zeit durch technische Herausforderungen behindert – insbesondere durch die Instabilität des Elektrolyten unter Hochspannung und den Kapazitätsverlust durch Manganauflösung. Nach 17 Jahren Forschung hat das Team von Professor Huang diese Engpässe jedoch schrittweise überwunden.

Öffentlichen Berichten zufolge hat das Songshan Lake Laboratory bereits eine tägliche Produktionskapazität von 300 kg LNMO-Material erreicht. Darüber hinaus haben die im Labor entwickelten LNMO/Graphit-Softpack-Batterien strenge Tests bestanden und folgende Ergebnisse gezeigt:

lÜber 3.000 Lade-Entlade-Zyklen mit 97 % Kapazitätserhalt nach 100 Wochen

l94,6 % Kapazitätserhalt bei -20 °C

lSchnelles Laden: 32 Ah Softpack-Akku lädt in nur 12 Minuten von 20 % auf 80 % SOC

lSicherheit: Auf 4,8 V geladene prismatische 100-Ah-Zelle hat den Nageldurchdringungstest ohne Feuer oder Explosion bestanden

Darüber hinaus hat das Team ein umfassendes Industrialisierungspaket entwickelt, das Hochspannungselektrolytformulierungen, Oberflächenbehandlungen für Aluminiumfolie und Alternativen zu PVDF-Bindemitteln umfasst und so den Übergang von der Forschung im Labormaßstab zur kommerziellen Realisierbarkeit beschleunigt.

Ausblick

Angesichts der vielversprechenden Ergebnisse und der zunehmenden industriellen Unterstützung ist LNMO nun technisch bereit für den großflächigen Einsatz. Seine Leistungsvorteile hinsichtlich Kosten, Sicherheit und Energiedichte machen es zu einem idealen Kandidaten für Elektrowerkzeuge, Energiespeichersysteme und Elektrofahrzeuge.

Dank anhaltender Investitionen aus Industrie und Wissenschaft dürfte sich LNMO zum gängigen Kathodenmaterial der dritten Generation entwickeln, technologische Innovationen vorantreiben und die nachhaltige Entwicklung von Lithiumbatterieressourcen unterstützen.