EP4690322A1 - <sup2/>? <sub2/>?2?prismatisches batteriezellgehäuse mit niedrigem co-fussabdruck - Google Patents

<sup2/>? <sub2/>?2?prismatisches batteriezellgehäuse mit niedrigem co-fussabdruck

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EP4690322A1
EP4690322A1 EP24716707.5A EP24716707A EP4690322A1 EP 4690322 A1 EP4690322 A1 EP 4690322A1 EP 24716707 A EP24716707 A EP 24716707A EP 4690322 A1 EP4690322 A1 EP 4690322A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
battery cell
cell housing
aluminum
kgco2e
kgal
Prior art date
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Pending
Application number
EP24716707.5A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Christoph Lentz
Holger Aretz
Waldemar Krieger
Mathis RUPPERT
Philipp Kramer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Speira GmbH
Original Assignee
Speira GmbH
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a prismatic battery cell housing comprising an aluminum material and a method for producing a prismatic battery cell housing and a use of an aluminum material for producing a prismatic battery cell housing.
  • Battery cells can basically be divided into primary cells, which can only be discharged once and cannot be recharged, and secondary cells, which are rechargeable. In both primary cells and secondary cells , the necessary electrochemical processes that provide the functionality of the battery cell can be realized with a variety of different materials . Examples of primary cells in this context are alkali manganese cells, zinc carbon cells, nickel oxyhydroxide cells or lithium iron sulfide cells, to name just a few.
  • lithium-ion secondary cells examples include lithium-ion cells, sodium-ion cells, nickel-cadmium cells, nickel- metal hydride cells or nickel-zinc cells, to name just a few.
  • lithium-ion secondary cells have been increasingly used for several years due to their comparatively high gravimetric and volumetric energy density .
  • lithium-ion secondary cells have a battery cell housing. This forms the outer shape of the battery cell and encloses a cavity in which the anode material, the cathode material and an electrolyte are located, among other things.
  • Battery cell housings with a cylindrical design essentially have the shape of a cylinder.
  • Battery cell housings with a prismatic design essentially have the shape of a prism, in particular a cuboid.
  • Another variant is the pouch design, in which the battery cell housing essentially has the shape of a pocket or bag.
  • Prismatic battery cell housings consist of a battery cell housing shell, which has an essentially rectangular cross-section and thus enables a simple and space-saving arrangement of battery cells.
  • Prismatic battery cell housings also have a battery cell housing base and a battery cell housing cover with means for contacting the two electrical poles of the battery cell.
  • Newer prismatic cell designs enable the battery cell to be contacted from the side, whereby the cell housing shell in this case corresponds to a tube with a rectangular cross-section, which is closed at both ends with covers that also contain the terminals, i.e. the contact points.
  • This design is used primarily when the prismatic cells have an elongated design, whereby the length of the cell can be in the range of 1000mm.
  • the US patent application US 2022/0102787 A1 discloses a battery cell housing arrangement which has a battery cell volume of more than 50% by using individual, elongated, prismatic battery cells . How the individual prismatic battery cell housings are manufactured is not disclosed.
  • lithium-ion secondary cells to store electrical energy is a key technology in combating global climate change, as it enables very efficient and economical storage of electrical energy .
  • the production of lithium-ion secondary cells causes greenhouse gas emissions, which are quantified using CO2 equivalents (CO2e). Whenever greenhouse gas emissions or CO2 emissions are mentioned below, this always means their CO2 equivalents (CO2e).
  • CO2e CO2 equivalents
  • a Z I/ZI 230145WO 2 March 8, 2024 According to a European battery manufacturer's 2021 figures, around 10% of greenhouse gas emissions are caused by the provision of the mechanical components of a battery cell alone, in particular the battery cell housing.
  • Prismatic battery cell housings are now made from sheets of an aluminum alloy of type AA3003 in the H14 state with a yield strength Rp0.2 of more than 125 MPa. Due to its composition, this type of aluminum alloy is based on the use of primary aluminum.
  • Primary aluminum is aluminum that is produced directly from the raw material bauxite or from the alumina extracted from it. Since it is produced in aluminum smelters, it is also called primary aluminum. If one takes into account the greenhouse gas emissions of primary metal consumed in Europe with 8.6 kgCO2e/kgAl material up to the production of the rolling ingot, between 3 and 4% of the greenhouse gas emissions in the production of a prismatic battery cell for this primary aluminum-based aluminum material are attributable to the production of the battery cell housing.
  • the report “ENVIROMENTAL PROFILE REPORT, Life-Cycle Inventory Data for Aluminium Production and Transformation Processes in Europe, February 2018” discloses the greenhouse gas emissions, quantified in terms of CO2 equivalents (CO2e) in kgCO2e , that are caused by the production of aluminium and aluminium alloy products in Z I/ZI 230145WO 2 8 March 2024 Europe.
  • CO2 equivalents were determined in the report according to the ISO 14040 and 14044 standards. The standards therefore provide a predefined procedure for determining CO2 equivalents.
  • CO2 equivalents in kgCO2e mentioned below therefore refer in particular to CO2 equivalents in kgCO2e determined according to ISO 14040 and ISO 14044.
  • the present invention is based on the object of providing prismatic battery cell housings with a reduced CO2 footprint, specifying a method for their production and proposing an aluminum material for use in the production of prismatic battery cell housings .
  • a prismatic battery cell housing comprising an aluminum material forming the battery cell housing in that the aluminum material has a ratio of the mass of carbon dioxide (CO2e) emitted during the production of the aluminum material in kgCO2e per kgAl material to the yield strength Rp0.2 of the aluminum material CO2e/Rp0.2 of a maximum of 6.15% kgCO2e/(MPa*kgAl material), Z I/ZI 230145WO 2 8 March 2024 preferably CO2e/Rp0.2 of maximum 5% kgCO2e/(MPa*kgAl material), particularly preferably CO2e/Rp0.2 of maximum 4% kgCO2e/(MPa*kgAl material) or of maximum 2% kgCO2e/(MPa*kgAl material), wherein the yield strength Rp0.2 is measured according to DIN EN ISO 6892-1 at room temperature.
  • CO2e carbon dioxide
  • an aluminum material with a CO2e/Rp0.2 ratio of a maximum of 6.15% kgCO2e/(MPa*kgAl material) can achieve a reduction in greenhouse gas emissions in the manufacture of battery cell casings of around 10% compared to the primary metal-based reference material AA3003 in the H14 state with a yield strength Rp0.2 of more than 125 MPa, which is manufactured with greenhouse gas emissions of 8.6 kgCO2e/kgAl material .
  • the CO2e/Rp0.2 ratio can be used to indicate the savings in greenhouse gas emissions in the form of CO2 of the aluminum material, regardless of the exact aluminum alloy classification. The ratio therefore indicates a material property of the aluminum material.
  • the claimed upper limit therefore indicates a reduction in greenhouse gas emissions for the production of a prismatic battery cell housing, taking into account the form factors of the battery cell housing and the reference material AA3003 in the H14 state with a yield strength of 125 MPa .
  • This takes into account both the specifications of the previous standard material for the prismatic battery cell housing and the possibilities of different manufacturing routes for the aluminum material to avoid CO2 emissions.
  • the starting point for the following considerations is that the prismatic battery cell housing has at least the strength requirements met by the previous standard material made of an aluminum alloy AA3003 in the H14 state with Rp0.2 of 125 MPa .
  • the prismatic battery cell housing consists of a battery cell housing shell with a rectangular cross-section and two covers, with the covers being assumed to be the same thickness. This is a simplification, particularly in the case of a deep-drawn or extruded prismatic battery cell housing , since the thickness of the battery cell housing cover and the thickness of the battery cell housing base present due to the forming process can differ.
  • the approximation of two covers of equal thickness is used to simplify the calculations, since there is no significant influence on the calculated change in greenhouse gas emissions.
  • the respective stresses acting there can be calculated using the force equilibrium as follows : with ⁇ ⁇ : stress in the cutting surface in the plane of symmetry perpendicular to dimension b, ⁇ ⁇ : stress in the cutting surface in the plane of symmetry perpendicular to dimension a, ⁇ ⁇ : stress in the cutting surface in the plane of symmetry perpendicular to dimension l, geometry factor, defined as ⁇ ⁇ ⁇ / ⁇ , Z I/ZI 230145WO 2 8 March 2024 ⁇ : Acting internal pressure.
  • the maximum stress ⁇ max of the three possible stresses ⁇ ⁇ ; ⁇ ⁇ ; ⁇ ⁇ is either ⁇ ⁇ or ⁇ ⁇ .
  • the mass ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ of the battery cell casing shell can be determined by inserting the wall thickness ratio from (11) to: To approximately determine the mass of the lid, the lid area is again multiplied by
  • the total mass is the sum of the mass of the battery cell casing and the two covers
  • the percentage change in greenhouse gas emissions for the prismatic battery cell housing is calculated using the products of the respective masses in kg of the battery cell housing and the respective mass of the emitted greenhouse gases as CO2 equivalents in kgCO2e per kg of the respective material: Z I/ZI 230145WO 2 8 March 2024 ⁇ ⁇ 2 ⁇ , ⁇ ⁇ ⁇ , ⁇ ⁇ 2 ⁇ ,3003 ⁇ ⁇ ⁇ : mass of greenhouse gases emitted expressed as CO2 equivalents in kgCO2e/kgAlu or 3003Std, where the index “Alu” indicates the values for the aluminium material that saves greenhouse gas emissions.
  • a saving in CO2 emissions of more than 9% results can be based on an increase in the yield strength, a reduction in the CO2 emissions of the aluminum material used or a combination of these measures .
  • the selected aluminum material preferably has a CO2e/Rp0.2 ratio of a maximum of 5% kgCO2e/(MPa*kgAl material), particularly preferably a maximum of 4% kgCO2e/(MPa*kgAl material) or particularly preferably a maximum of 2% kgCO2e/(MPa*kgAl material).
  • CO2 emission savings of at least 20% at a maximum of 5% kgCO2e/(MPa*kgAl material), particularly preferably at least 32% at a maximum of 4% kgCO2e/(MPa*kgAl material) or particularly preferably at least 60% at a maximum of 2% kgCO2e/(MPa*kgAl material) are achieved.
  • the prismatic battery cell housing has a length (l) of a maximum of 1200 mm, preferably a maximum of 600 mm, particularly preferably a maximum of 300 mm, a width (a) of a maximum of 500 mm, preferably a maximum of 300 mm, particularly preferably a maximum of 200 mm and a depth (b) of a maximum of 90 mm, preferably a maximum of 60 mm, particularly preferably a maximum of 40 mm , wherein the battery cell housing optionally has a format HEV 1, HEV 2, PHEV 1 PHEV 2, BEV 1, BEV 2, BEV 3, BEV 4 according to DIN 912522016-11, PHEV 2+ or a sword format.
  • Prismatic battery cell housings with the dimensions mentioned above allow a compact arrangement of battery cell housings that is specific to the respective application and designed , for example, with a view to optimized heat dissipation .
  • Preferred format types of prismatic battery cell housings are the HEV1, HEV 2, PHEV 1 PHEV 2, BEV 1, BEV 2, BEV 3, BEV 4 formats according to DIN 912522016-11, but also the PHEV2 + format. All of the formats mentioned are used for battery-electric vehicles.
  • the preferred PHEV2+ format has a length (l) of 148 mm, a width (a) of 125 mm and a depth (b) of 26.5 mm .
  • prismatic battery cell housings in "sword format”, also called “blade format”, which allow direct use in a "cell-to-pack” design, meaning that battery cell module formation is not necessary.
  • the preferred sword formats are characterized by a particularly large length (l) of up to a maximum of 1200 mm, with a width (a) of a maximum of 300 mm, preferably 200 mm and a depth (b) of a maximum of 60 mm, preferably a maximum of 40 mm.
  • the aluminum material is a wrought aluminum material. Wrought aluminum materials have the property of allowing high degrees of deformation, as is necessary for the production of prismatic battery cell housings.
  • a preferred hardenable wrought aluminum material is the aluminum alloys of type AA6xxx. These can be extruded into a battery cell housing shell in the form of prismatic tubes, which, provided with two battery cell covers, can provide the battery cell housing. This can provide a more economical production route.
  • Naturally hard wrought aluminum material can be manufactured using simpler manufacturing processes than hardenable wrought aluminum materials, which can generally also be associated with lower CO2 emissions, since, for example, high annealing steps, for example at the final thickness, as required for the solution annealing of hardenable alloys, can be avoided.
  • thermal joining processes as can be used, for example, when welding prismatic battery cells, the naturally hard aluminum materials have a significantly lower tendency to decrease in strength and generally have good corrosion resistance.
  • the naturally hard aluminum materials consist of an aluminum alloy of type AA1xxx, AA3xxx, AA5xxx or AA8xxx, the manufacturing processes of which are well known.
  • lower greenhouse gas emissions are achieved if the battery cell housing has an aluminum alloy of type AA1050, AA1100, AA1200, AA3003, AA3004, AA3104, AA3005, AA3105, AA5005, AA5052, AA5454 , AA5754, AA5182, AA5083, AA5086, AA8006, AA8008, AA8010, AA8011, AA8111, AA8021, AA8026, AA8050 or AA8079.
  • the alloy types mentioned different manufacturing paths can be pursued for the prismatic battery cell housing.
  • the lower alloyed aluminum alloy of the 1xxx alloy class is particularly suitable for extrusion processes, while aluminum alloys of type AA3003, AA3004, AA3104, AA3005 or AA3105 provide high degrees of deformation in the manufacture of battery cell housings , for example from sheet metal blanks, but also good to very good welding properties.
  • the alloy types AA3004, AA3104, AA3005 or AA3105 are particularly recycling-friendly and enable high proportions of recycled material.
  • the higher magnesium content of the aluminum alloy types AA5005, AA5052, AA5454, AA5754, AA5182, AA5083 or AA5086 not only lead to excellent forming properties, but can also provide particularly high yield strengths, even in the soft state, so that savings potential in terms of greenhouse gas emissions can be maximized through lower wall thicknesses of the battery cell housing shell.
  • the alloy types AA5052, AA,5454, AA5754, AA5182, AA5083 and AA5086 allow a high proportion of recycled material due to their chemical composition.
  • the alloy types AA8006, AA8008, AA8010, AA8011, AA8111, AA8021, AA8026, AA8050 and AA8079 not only allow higher recycled content to be achieved due to their wider alloy windows compared to AA1xxx alloys , but also enable higher strengths.
  • the alloys are particularly suitable for absorbing Fe-containing scrap due to the high permissible iron content.
  • the aluminum material of the battery cell housing preferably has a yield strength Rp0.2 of at least 100 MPa, preferably at least 150 MPa, particularly preferably at least 175 MPa.
  • Soft aluminium materials with yield strengths Rp0.2 of less than 100 MPa often allow particularly high degrees of deformation, but require a high degree of deformation to provide sufficient strength Z I/ZI 230145WO 2 8 March 2024 higher wall thicknesses compared to the standard material AA3003 in the H14 state.
  • yield strength of 100 MPa based on an identical battery cell format with constant gravimetric energy density, savings in CO2 emissions can be achieved primarily through savings in aluminum production, in particular through the use of external scrap and through the use of primary aluminum that contains a high proportion of primary aluminum produced with renewable energies .
  • At higher yield strengths of at least 150 MPa or at least 175 MPa these savings are supplemented by material savings, which also have a positive effect on the reduction of greenhouse gas emissions.
  • the CO2 emissions for primary aluminum used in the European Union (EU) are on average 8.6 kgCO2e/kgAl.
  • the aluminum material of the battery cell housing therefore preferably consists at least partially of a primary aluminum, during the production of which the amount of CO2 emitted per kg of aluminum material of the battery cell housing is a maximum of 6.7 kgCO2e/kgAl, preferably a maximum of 5 kgCO2e/kgAl, particularly preferably a maximum of 4 kgCO2e/kgAl, significant reductions in greenhouse gas emissions can also be achieved via the primary metal content.
  • Corresponding values for greenhouse gas emissions per kg of primary aluminum can be achieved by using renewably generated energy in production, in particular renewably generated electricity.
  • a maximum of 4 kgCO2e/kgAl is achieved if the primary metal is produced entirely using renewable energies, i.e. CO2-neutral energies.
  • the greenhouse gas emissions per kg of aluminum material of the battery cell housing during the manufacture of the aluminum material of the battery cell housing are a maximum of 4 kgCO2e/kgAl material, preferably a maximum of 3 kgCO2e/kgAl material, particularly preferably a maximum of 2 kgCO2e/kgAl material
  • the CO2e/Rp0.2 ratio according to the invention of a maximum of 6.15% kgCO2e/(MPa*kgAl material) can also be achieved using less strong aluminum materials, for example AA1xxx alloys.
  • the above-mentioned object for a method for producing a battery cell housing according to the invention is achieved in that the method comprises forming the aluminum material and preferably comprises deep drawing, ironing, extrusion, extrusion or extrusion or roll forming of the aluminum material . Deep drawing, ironing, extrusion or extrusion are forming processes that enable the battery cell housings to be produced economically. At the same time, however, the manufacturing processes also set limits for the use of specific aluminum alloys.
  • a method for producing prismatic battery cell housings that avoids CO2 emissions particularly efficiently can be provided by producing the aluminum material of the battery cell housing from at least 30%, preferably at least 60% and particularly preferably 100% primary aluminum produced with CO2-neutral energy.
  • primary aluminum produced 100% with CO2-neutral energy CO2 emissions are reduced from 8.6 to 4 kgCO2e/kgAl material for the correspondingly produced primary aluminum compared to the primary metal consumed on average in the EU , which corresponds to a reduction of more than 50%.
  • the aluminum material is produced from at least 40 %, preferably at least 70%, external scrap and/or post- consumer scrap, whereby internal scrap can optionally also be used to produce the aluminum material.
  • internal scrap has an additional 0.3 kgCO2e/kgAl material, which is higher than, for example, the production of the primary metal due to the production and further processing that has already taken place. Nevertheless, taking these metal sources into account helps to increase the efficiency of the production of the prismatic battery cell housings, as material consumption is significantly reduced by remelting the internal scrap and waste is avoided.
  • a slug is first produced from the aluminum material , which is then extruded into a cup-shaped, prismatic battery cell housing blank.
  • the prismatic battery cell housing comprising a battery cell housing shell and a battery cell housing base, is finally formed from the cup-shaped battery cell housing blank via at least one further forming step, preferably by ironing , with aluminum alloys of the type AA1xxx, AA3xxx but also AA6xxx being preferably used for the aluminum material.
  • a battery cell housing cover can then be produced from a sheet metal blank, for example in the form of a stamped part, and the prismatic battery cell housing can be closed with this after it has been assembled.
  • an aluminum strip is first produced from the aluminum material by rolling, from which a prismatic battery cell housing comprising a battery cell housing shell and a battery cell housing base is produced by deep-drawing and ironing processes, for example directly from the aluminum strip or from sheet metal blanks from the aluminum strip, with aluminum alloys of the type AA1xxx, AA3xxx, AA5xxx or AA8xxx being preferably used.
  • an aluminum strip can first be produced from the aluminum material by rolling.
  • a roll-formed battery cell housing shell which has a prismatic cross-section at least in some areas, is formed from the aluminum strip using a roll-forming process and the battery cell housing shell is joined in the longitudinal direction, preferably in a form-fitting, friction-fitting and/or material-fitting manner.
  • the prismatic battery cell housing shell is then cut to length and joined in a form-fitting, friction-fitting and/or material-fitting manner to a battery cell housing base made from a sheet metal cut from an aluminum strip made from the same or another aluminum material, with aluminum alloys of the type AA1xxx, AA3xxx, AA5xxx or AA8xxx preferably being used.
  • Roll forming, longitudinal seam joining and cutting and joining of battery cell housing covers are also industrially proven processes that lead to advantageous properties of the battery cell housing using the aluminum alloys mentioned .
  • the processes mentioned are also to be regarded as particularly energy efficient, so that the CO2 emissions continue to be dominated by the manufacturing process of the aluminum alloy.
  • a tube with a prismatic cross-section is extruded from the aluminum material, which is optionally cut to length and, after at least one optional processing step to provide the final-formed battery cell housing shell, is joined in a form-fitting, friction-fitting and/or material-fitting manner to a battery cell housing base made of a sheet metal blank from an aluminum strip made of the same or another aluminum material , with aluminum alloys of the type AA1xxx, AA3xxx, AA5xxx, AA6xxx or AA8xxx preferably being used.
  • the cup-shaped battery cell housings produced using the previously described methods are closed after cell assembly by arranging the electrodes and the active material in the cup-shaped battery cell housing with a battery cell housing cover made from a sheet metal blank made from an aluminum material.
  • form-fitting, frictional and/or material-fitting joining methods can preferably be used.
  • the object outlined above is achieved by using an aluminum material to produce a prismatic battery cell housing , wherein the aluminum material has a ratio of the amount of greenhouse gases emitted during the production of the aluminum material expressed as CO2 equivalents of carbon dioxide (CO2e) in kgCO2e per kgAl material to the yield strength Rp0.2 of the aluminum material in MPa of CO2e/Rp0.2 ⁇ 6.15% kgCO2e/(MPa*kgAl material ), preferably CO2e/Rp0.2 ⁇ 5% kgCO2e/(MPa*kgAl material), particularly preferably CO2e/Rp0.2 ⁇ 4% kgCO2e/(MPa*kgAl material) or CO2e/Rp0.2 ⁇ 2% kgCO2e/(MPa*kgAl material).
  • CO2e carbon dioxide
  • Fig. 1 a schematic representation of a battery cell with a prismatic battery cell housing
  • Fig. 2 is a flow chart of a method for producing a prismatic battery cell housing by impact extrusion according to a first embodiment
  • Fig. 3 is a flow chart of a method for producing a prismatic battery cell housing by deep drawing and ironing a blank of aluminum strip according to a second embodiment
  • Fig. 1 a schematic representation of a battery cell with a prismatic battery cell housing
  • Z I/ZI 230145WO 2 March 8 2024
  • Fig. 2 is a flow chart of a method for producing a prismatic battery cell housing by impact extrusion according to a first embodiment
  • Fig. 3 is a flow chart of a method for producing a prismatic battery cell housing by deep drawing and ironing a blank of aluminum strip according to a second embodiment
  • Fig. 1 a schematic representation of a battery cell with a prismatic battery cell housing
  • Fig. 4 is a flow chart for producing a prismatic battery cell housing by roll forming and longitudinal seam joining according to a third embodiment
  • Fig. 5 is a flow chart for producing a prismatic battery cell housing by extruding a prismatic tube according to a fourth embodiment.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a battery cell 10 with a prismatic battery cell housing 11.
  • the battery cell 10 has an anode connection 12 and a cathode connection 13 in addition to the battery cell housing 11 .
  • the prismatic battery cell housing 11 has two battery cell housing covers 14 and 15 and a battery cell housing shell 16.
  • a manufacturing method of an embodiment is shown schematically in Fig. 2. According to step A1, a slug is first produced from an aluminum material .
  • a slug can be produced, for example, by sawing a rod with a corresponding diameter.
  • slugs can be produced from a rolled or cast strip production, whereby the slugs are punched from the rolled or cast strip and then surface-treated and optionally annealed.
  • the slug is then placed in an extrusion tool and extruded into a prismatic battery cell housing blank by extrusion according to step B1 .
  • This is Z I/ZI 230145WO 2 March 8, 2024 by at least one manufacturing step, for example trimming or ironing, it is converted into the prismatic battery cell housing 11 with battery cell housing base 15 and battery cell housing shell 16 and is available for cell assembly.
  • step D1 the cell assembly takes place in which the battery cell housing cover is also joined to the battery cell housing shell 16 in a form-fitting, friction-fitting and/or material-fitting manner .
  • the starting point for the embodiments shown in Fig. 3 and Fig. 4 is an aluminum strip, which is provided in step A2 or A3, respectively.
  • the aluminum strip can be produced, for example, by the following steps : - casting a rolling ingot from an aluminum alloy, - optionally homogenizing the rolling ingot, - hot rolling the rolling ingot to form a hot-rolled strip, - cold rolling the hot-rolled strip with optional intermediate annealing. After cold rolling, the strips can be in the H12, H14, H16, H18 or H19 states.
  • cold rolling can optionally be followed by heat treatment of the strip in the form of annealing, preferably in the form of re-annealing .
  • the values for the yield strength Rp0.2 are hardly reduced.
  • the possible degrees of deformation are significantly improved, for example in the H24 state.
  • the aluminum strip can also be provided by continuous casting in step A2 or A3 , optionally using twin-roll casters or twin-belt casters, which enable large production capacities. After the casting of the cast strip, for example, cold rolling takes place to the final thickness of the aluminum strip. According to Fig.
  • a prismatic battery cell housing having a Z I/ZI 230145WO 2 March 8, 2024 Battery cell housing shell and a battery cell housing base are manufactured, preferably using aluminum alloy of the type AA1xxx, AA3xxx, AA5xxx or AA8xxx .
  • the deep-drawing and ironing processes preferably take place on blanks of the aluminum strip, but can also be carried out on the aluminum strip in progressive composite tools.
  • a further forming step optionally takes place to achieve the final geometry of the prismatic battery cell housing 11 including the battery cell housing base 15 and battery cell housing shell 16.
  • step D2 the cell assembly takes place, which includes, among other things, the form-fitting, frictional and/or material-fitting joining of the battery cell housing cover 14 to the battery cell housing shell 16.
  • a roll-formed battery cell housing shell which has a prismatic cross-section at least in some areas, is formed from the rolled aluminum strip using a roll-forming process in step B3.
  • the battery cell housing shell is then joined lengthwise, preferably in a form-fitting, frictional and/or material-fitting manner, and cut to length in step B3, whereby the battery cell housing shell can optionally only be joined longitudinally after cutting.
  • step C3 a cut battery cell housing base made from a sheet metal blank from an aluminum strip made of the same or a different aluminum material is joined to the battery cell housing shell 16 in a form-fitting, frictional and/or material-fitting manner , whereby aluminum alloys of the type AA1xxx, AA3xxx, AA5xxx or AA8xxx are preferably used for the battery cell housing shell 16 or the battery cell housing covers 14 and 15.
  • the cell assembly takes place, which includes, among other things, closing the battery cell housing shell 16 with two battery cell housing covers 14 by means of form-fitting, frictional and/or material-fitting joining.
  • conceivable manufacturing processes are direct and indirect extrusion, as well as tube drawing processes and combinations of these processes, which allow the production of a tubular body that can serve as a battery cell casing .
  • a flow chart of such a process is shown in Fig. 5.
  • Z I/ZI 230145WO 2 March 8 2024 a tube with a prismatic cross-section is extruded from the aluminum material in step A4, which is cut to length in the optional step B4 and, if necessary , processed into a final-shaped battery cell housing shell by at least one optional processing step .
  • step C4 the battery cell housing shell is joined to a battery cell housing base made from a sheet metal cut from an aluminum strip made from the same or a different aluminum material in a form-fitting, friction-fitting and/or material-fitting manner, with aluminum alloys of the type AA1xxx, AA3xxx, AA6xxx or AA8xxx preferably being used.
  • the cell assembly and sealing of the battery cell with another battery cell housing cover can then take place in step D4.
  • the prismatic battery cell housings 11 that can be produced using the methods described above were checked with regard to the possibilities for saving greenhouse gas emissions. The following assumptions were made. The CO2 emissions are essentially dominated by the provision of the aluminum alloys, in particular using primary aluminum.
  • Sheet metal production typically produces just 0.4 kgCO2e/kgAl material.
  • the global emissions for the production of primary aluminum are 16 kgCO2e/kgAl material.
  • Primary aluminum consumed in the European Union has an emissions quota of only 8.6 kgCO2e/kgAl material.
  • External scrap and post-consumer scrap are reported at 0.5 kgCO2e/kgAl material.
  • the CO2 footprint of the aluminum material including 0.4 kgCO2e/kgAl material for the production of the battery cell housing is determined with CO2e in the 6th column and the ratio to the yield strength is given in the 7th column.
  • the greenhouse gas savings given below are calculated according to equation (23) taking into account the battery format PHEV2+ used as an example and further taking into account the dimensions and wall thicknesses given above of the reference material AA3003 in the H14 state with a yield strength Rp0.2 of 125 MPa and current greenhouse gas emissions of 8.6 kgCO2e/kgAl material for the production of the primary aluminum up to the rolling ingot.
  • the minimum value of 125 MPa achievable according to DIN EN 485-2 is assumed.
  • the embodiments 1 to 12 according to the invention have a CO2e/Rp0.2 ratio of a maximum of 6.15% to more than 5% kgCO2e/(MPa*kgAl material), so that a saving in greenhouse gas emissions in kgCO2e/kgAl material is achieved, taking into account a HVEP2+ geometry of at least 9%. It can be seen that when choosing an aluminum material with a lower yield strength Rp0.2, a saving in greenhouse gas emissions can only be achieved by changing the primary metal source to, for example, 100% primary metal, which is produced using renewable energy. This is shown in example no. 1. However, an identical effect can also be achieved by adding external scrap, see example no. 2.
  • Examples 13 to 23 achieve even greater savings with a CO2e/Rp0.2 ratio of a maximum of 5% kgCO2e/(MPa*kgAl material) in greenhouse gas emissions.
  • This saving is at least 20% in the examples mentioned.
  • With an unchanged primary metal source (EU mix) this can only be achieved with a significant increase in the yield strength Rp0.2 to, for example, 185 MPa in example no. 18.
  • soft aluminum materials with Rp0.2 up to a maximum of 100 MPa can still achieve this saving, as in example 25.
  • An even higher saving of CO2 emissions is achieved in examples 24 to 36 with a ratio CO 2e /R p0.2 of a maximum of 4% kg CO2e /(MPa*kg Al material ) .

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein prismatisches Batteriezellgehäuse aufweisend einen Aluminiumwerkstoff sowie ein Verfahren zur Herstellung eines prismatischen Batteriezellgehäuses sowie eine Verwendung eines Aluminiumwerkstoffs zur Herstellung eines prismatischen Batteriezellgehäuses. Die Aufgabe prismatische Batteriezellgehäuse mit verringertem CO2-Fußabdruck bereitzustellen, ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben sowie die Verwendung eines Aluminiumwerkstoffs zur Herstellung von prismatischen Batteriezellgehäusen vorzuschlagen, wird für das prismatische Batteriezellgehäuse dadurch gelöst, dass das prismatische Batteriezellgehäuse einen Aluminiumwerkstoff aufweist, dessen Verhältnis aus bei der Herstellung des Aluminiumwerkstoffs emittierter Menge an Kohlendioxid (CO2e) in kgCO2e pro kgAl-Werkstoff zur Streckgrenze Rp0,2 des Aluminiumwerkstoffs in MPa von CO2e/Rp0,2 ≤ 6,15 kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff) beträgt.

Description

28. März 2024 Prismatisches Batteriezellgehäuse mit niedrigem CO2-Fußabdruck Die Erfindung betrifft ein prismatisches Batteriezellgehäuse aufweisend einen Aluminiumwerkstoff sowie ein Verfahren zur Herstellung eines prismatischen Batteriezellgehäuses sowie eine Verwendung eines Aluminiumwerkstoffs zur Herstellung eines prismatischen Batteriezellgehäuses. Batteriezellen lassen sich grundsätzlich unterscheiden in Primärzellen, welche nur einmal entladen und nicht wieder aufgeladen werden können, sowie Sekundärzellen, welche wiederaufladbar sind. Sowohl bei Primärzellen als auch bei Sekundärzellen können die notwendigen elektrochemischen Prozesse, welche die Funktionsweise der Batteriezelle bereitstellen, mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Materialien realisiert werden. Beispiele für Primärzellen sind in diesem Zusammenhang Alkali- Mangan-Zellen, Zink-Kohle-Zellen, Nickel-Oxyhydroxid-Zellen oder Lithium- Eisensulfid-Zellen, um nur einige wenige zu nennen. Beispiele für Sekundärzellen sind Lithium-Ionen-Zellen, Natrium-Ionen-Zellen, Nickel-Cadmium-Zellen, Nickel- Metallhydrid-Zellen oder Nickel-Zink-Zellen, um nur einige wenige zu nennen. Insbesondere in den Bereichen Elektromobilität und Verbraucherelektronik kommen Lithium-Ionen-Sekundärzellen unter anderem aufgrund ihrer vergleichsweise hohen gravimetrischen und volumetrischen Energiedichte seit einigen Jahren in zunehmendem Maße zum Einsatz. Wie auch andere Typen von Batteriezellen weisen Lithium-Ionen-Sekundärzellen ein Batteriezellgehäuse auf. Dieses bildet die äußere Form der Batteriezelle und umschließt einen Hohlraum, in dem sich unter anderem das Anodenmaterial, das Kathodenmaterial und ein Elektrolyt befinden. Dabei lassen sich verschiedene Bauformen eines Batteriezellgehäuses unterscheiden: Batteriezellgehäuse zylindrischer Bauform weisen im Wesentlichen die Form eines Zylinders auf. Ist die Höhe des Zylinders größer als der Durchmesser, spricht man von Rundzellen, andernfalls von Knopfzellen. Batteriezellgehäuse prismatischer Bauform weisen im Wesentlichen die Form eines Prismas, insbesondere eines Quaders, auf. Als weitere Variante ist die Pouch-Bauform zu nennen, bei der das Batteriezellgehäuse im Wesentlichen die Form einer Tasche beziehungsweise eines Beutels aufweist. Prismatische Batteriezellgehäuse bestehen aus einem Batteriezellgehäusemantel, welcher einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist und somit eine einfache und platzsparende Anordnung von Batteriezellen ermöglicht. Prismatische Batteriezellgehäuse besitzen zudem einen Batteriezellgehäuseboden und einen Batteriezellgehäusedeckel mit Mitteln zum Kontaktieren der beiden elektrischen Pole der Batteriezelle. Neuere prismatische Zelldesigns ermöglichen die seitliche Kontaktierung der Batteriezelle, wobei der Zellgehäusemantel in diesem Fall einem Rohr mit Rechteckquerschnitt entspricht, das an beiden Enden mit Deckeln verschlossen wird, die auch die Terminals, d.h. die Kontaktstellen beinhalten. Diese Bauform findet vor allem Anwendung, wenn die prismatischen Zellen eine langgestreckte Bauform aufweisen, wobei die Länge der Zelle dabei im Bereich von 1000mm liegen kann. Aus der US-Patentanmeldung US 2022/0102787 A1 ist beispielsweise eine Batteriezellgehäuseanordnung bekannt, welche ein Batteriezellvolumen von mehr als 50 % durch Verwendung einzelner, langgestreckter, prismatischer Batteriezellen aufweist. Wie die einzelnen prismatischen Batteriezellgehäuse hergestellt werden, wird nicht offenbart. Der Einsatz von Lithium-Ionen-Sekundärzellen zur Speicherung elektrischer Energie stellt eine Schlüsseltechnologie in der Bekämpfung des weltweiten Klimawandels dar, da sie eine sehr effiziente und wirtschaftliche Speicherung von elektrischer Energie ermöglicht. Gleichzeitig verursacht die Produktion von Lithium-Ionen-Sekundärzellen Treibhausgasemissionen, die über CO2-Äquivalente (CO2e) quantifiziert werden. Sofern im Weiteren Treibhausgasemissionen oder CO2-Emissionen genannt werden, sind daher damit immer deren CO2-Äquivalente (CO2e) gemeint. Nach Angaben eines ZI/ZI 230145WO 28. März 2024 europäischen Batterieherstellers aus dem Jahre 2021 verursachen etwa 10 % der Treibhausgasemissionen allein die Bereitstellung der mechanischen Bestandteile einer Batteriezelle, hier also insbesondere auch des Batteriezellgehäuses. Prismatische Batteriezellgehäuse werden heute beispielsweise aus Blechen einer Aluminiumlegierung vom Typ AA3003 im Zustand H14 mit einer Streckgrenze Rp0,2 von mehr als 125 MPa hergestellt. Dieser Aluminiumlegierungstyp basiert aufgrund seiner Zusammensetzung auf dem Einsatz von Primäraluminium. Primäraluminium ist Aluminium, das direkt aus dem Rohstoff Bauxit oder aus der daraus gewonnenen Tonerde erzeugt wird. Da es in Aluminiumhütten erzeugt wird, wird es auch als Hüttenaluminium bezeichnet. Berücksichtigt man die Treibhausgasemissionen von in Europa verbrauchtem Primärmetall mit 8,6 kgCO2e/kgAl-Werkstoff bis zur Herstellung des Walzbarrens, entfallen bei diesem Primäraluminium basierten Aluminiumwerkstoff zwischen 3 und 4 % der Treibhausgasemissionen bei der Herstellung einer prismatischen Batteriezelle auf die Produktion des Batteriezellgehäuses. Es ist jedoch geplant, die Treibhausgasemissionen während der Herstellung der Batteriezellen um den Faktor 10 von derzeit etwa 100 kgCO2e/kWh auf etwa 10 kgCO2e/kWh zu reduzieren. Damit könnte der Anteil der Treibhausgasemissionen des Batteriezellgehäuses pro kWh auf bis zu 30 bis 40 % der Treibhausgasemissionen der gesamten Batteriezelle pro kWh wachsen, sofern der Anteil der Treibhausgasemissionen bzw. der CO2-Äquivalente des Batteriezellgehäuses nicht reduziert wird. Aus dem Bericht „ENVIROMENTAL PROFILE REPORT, Life-Cycle Inventory Data for Aluminium Production and Transformation Processes in Europe, February 2018“ (https://european-aluminium.eu/wp-content/uploads/2023/01/European- Aluminium_Environmental-Profile-Report-2018_full-version.pdf) ist bekannt, welche Treibhausgasemissionen, die über CO2-Äquivalente (CO2e) in kgCO2e quantifiziert werden, bei der Produktion von Aluminium und Aluminiumlegierungsprodukten in ZI/ZI 230145WO 28. März 2024 Europa emittiert werden. Die CO2-Äquivalente wurden in dem Bericht nach den Normen ISO 14040 and 14044 bestimmt. Die Normen stellen also ein vorgegebenes Verfahren zur Ermittlung von CO2-Äquivalenten bereit. Die identischen Normen wurden für die Bestimmung von CO2-Äquivalenten in weitere Regionen verwendet, so zum Beispiel für die Aluminiumproduktion in Nordamerika im Bericht „The Enviromental Footprint of Semi-Fabricated Aluminium Products in North America, A Life cycle Assessment Report“, der Aluminium Association (https://www.aluminum.org/sites/default/files/2022-01/2022_Semi- Fab_LCA_Report.pdf). Auch die Diplomarbeit von Michael Zotter mit dem Titel „Life-Cycle Analyse von Leichtbaukonzepten für den Automobilbau“, TU Graz von April 2014 stützt sich auf die internationalen Normen ISO 14040 und ISO 14044 zur Bestimmung der CO2- Äquivalente. In der Fachwelt werden CO2-Äquivalente demnach nach den beiden zuvor genannten Normen ermittelt. Alle nachfolgend genannten CO2-Äquivalente in kgCO2e beziehen sich daher insbesondere auf nach ISO 14040 und ISO 14044 ermittelte CO2-Äquivalente in kgCO2e. Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, prismatische Batteriezellgehäuse mit verringertem CO2-Fußabdruck bereitzustellen, ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben sowie einen Aluminiumwerkstoff für die Verwendung zur Herstellung von prismatischen Batteriezellgehäusen vorzuschlagen. Erfindungsgemäß wird die oben genannte Aufgabe für ein prismatisches Batteriezellgehäuse aufweisend einen das Batteriezellgehäuse bildenden Aluminiumwerkstoff dadurch gelöst, dass der Aluminiumwerkstoff ein Verhältnis aus bei der Herstellung des Aluminiumwerkstoffs emittierten Masse an Kohlendioxid (CO2e) in kgCO2e pro kgAl-Werkstoff zur Streckgrenze Rp0,2 des Aluminiumwerkstoffs CO2e/Rp0,2 von maximal 6,15% kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff), ZI/ZI 230145WO 28. März 2024 vorzugsweise CO2e/Rp0,2 von maximal 5% kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff), besonders bevorzugt CO2e/Rp0,2 von maximal 4% kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff) oder von maximal 2% kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff) aufweist, wobei die Streckgrenze Rp0,2 nach DIN EN ISO 6892-1 bei Raumtemperatur gemessen wird. Es hat sich herausgestellt, dass mit einem Aluminiumwerkstoff mit einem Verhältnis CO2e/Rp0,2 von maximal 6,15% kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff) eine Reduzierung der Treibhausgasemissionen bei der Herstellung von Batteriezellgehäusen von etwa 10 % gegenüber dem Primärmetall basierten Referenzwerkstoff AA3003 im Zustand H14 mit einer Streckgrenze Rp0,2 von mehr als 125 MPa, welcher mit Treibhausgasemissionen von 8,6 kgCO2e/kgAl-Werkstoff hergestellt wird, erzielt werden kann. Über das Verhältnis CO2e/Rp0,2 kann die Einsparung an Treibhausgasemissionen in Form von CO2 des Aluminiumwerkstoffs unabhängig von der genauen Aluminiumlegierungsklassifikation angegeben werden. Das Verhältnis gibt daher eine Werkstoffeigenschaft des Aluminiumwerkstoffs an. Die beanspruchte Obergrenze gibt daher unter Berücksichtigung von Formfaktoren des Batteriezellgehäuses und dem Referenzwerkstoff AA3003 im Zustand H14 mit einer Streckgrenze von 125 MPa eine Verringerung der Treibhausgasemissionen für die Herstellung eines prismatischen Batteriezellgehäuses an. Hier werden sowohl Vorgaben des bisherigen Standardwerkstoffs für das prismatische Batteriezellgehäuse als auch die Möglichkeiten unterschiedlicher Herstellungswege des Aluminiumwerkstoffs zur Vermeidung von CO2-Emissionen berücksichtigt. Ausgangspunkt für die nachfolgenden Betrachtungen ist, dass das prismatische Batteriezellgehäuse zumindest die mit dem bisherigen Standardmaterial aus einer Aluminiumlegierung AA3003 im Zustand H14 mit Rp0,2 von 125 MPa erfüllten Festigkeitsanforderungen aufweist. ZI/ZI 230145WO 28. März 2024 Fig. 1 zeigt schematisch ein prismatisches Batteriezellgehäuse mit einer Länge l, einer Breite a und einer Tiefe b. Die Wandstärke des Aluminiumwerkstoffs wird mit s bezeichnet. Für die nachfolgenden Berechnungen wird zur Vereinfachung angenommen, dass das prismatische Batteriezellgehäuse aus einem Batteriezellgehäusemantel mit Rechteckquerschnitt und zwei Deckeln besteht, wobei für die Deckel die gleiche Dicke angenommen wird. Dies stellt insbesondere im Falle eines tiefgezogenen oder fließgepressten prismatischen Batteriezellgehäuses eine Vereinfachung dar, da sich die Dicke des Batteriezellgehäusedeckels und die Dicke des umformprozessbedingt vorhandenen Batteriezellgehäusebodens unterscheiden können. Die Näherung zweier gleichdicker Deckel wird zur Vereinfachung der Berechnungen angesetzt, da keine signifikante Beeinflussung auf die berechnete Treibhausgasemissionsveränderung gegeben ist. Darüber hinaus wird näherungsweise für alle Aluminiumwerkstoffe mit einer Dichte ^^Alu = 2,7 g/cm³ angenommen. Zur Herleitung der erforderlichen Wandstärke des Aluminiumwerkstoffs wird das für Batteriezellgehäuse praxisrelevante Szenario einer Innendruckbelastung betrachtet. Vereinfachend wird das Batteriezellgehäuse als geschlossenes und dünnwandiges prismatisches Rohr angenommen. Durch gedankliches Schneiden durch die Symmetrieebenen des prismatischen Rohres kann man anhand mit Hilfe des Kräftegleichgewichtes die jeweiligen dort wirkenden Spannungen wie folgt berechnen: mit σ ^^: Spannung in der Schnittfläche in der Symmetrieebene senkrecht zur Abmessung b, σ ^^: Spannung in der Schnittfläche in der Symmetrieebene senkrecht zur Abmessung a, σ ^^: Spannung in der Schnittfläche in der Symmetrieebene senkrecht zur Abmessung l, Geometrie-Faktor, definiert als ξ ≝ ^^/ ^^, ZI/ZI 230145WO 28. März 2024 ^^: Wirkender Innendruck. Abhängig von dem Verhältnis ^^/ ^^ ist von den drei möglichen Spannungen {σ ^^; σ ^^; σ ^^} die maximale Spannung σ max entweder σ ^^ oder σ ^^ . Für die minimale Spannung σ min gilt in der vorliegenden Situation σmin = − ^^. Die Vergleichsspannung nach Tresca besagt: σV,Tresca = σmax − σmin = max{σ ^^, σ ^^} + ^^ (2) Da der Innendruck hier vernachlässigbar gegenüber den übrigen wirkenden Spannungen ist, kann man vereinfachend schreiben: σV,Tresca ≈ max{σ ^^, σ ^^} (3) Das Rohr wird nun gegen den Fließbeginn bzw. die Streckgrenze ^^p0,2 ausgelegt: Dieser Zusammenhang lässt sich wie folgt umschreiben: [m ^^ ^^ ax {( ^^∙ ^^) , ( ^^)} − 2] (5) Die folgende geometrische Annahme wird nun eingeführt: max {( ^^ ^^∙ ^^) , ( ^^ ^^)} ≫ 2 (6) Damit ergibt sich die Näherung: ^ ^^ 1 max {( ^ ^^∙ ^^) , ( ^^ ^^)} − 2 ≈ max {( ^^∙ ^^) , ( ^^ ^^)} = ^^ ^^ ⋅ max { ξ , 1} (7) ZI/ZI 230145WO 28. März 2024 Somit erhält man den vereinfachten Zusammenhang: Umgestellt nach dem Innendruck ^^ ergibt sich daraus: Es werden nun zwei Rohre aus unterschiedlichen Werkstoffen betrachtet, die unterschiedliche Wandstärken s haben, aber ansonsten identische Abmessungen a, b und l. Bei gleichem Innendruck erhält man dann ^^p0,2,Alu ∙ ^^Alu = ^^p0,2,3003Std ∙ ^^3003Std (10) Basierend darauf erfolgt die Berechnung der Wandstärke des Aluminiumwerkstoffs in Bezug auf den Referenzwerkstoff einer Aluminiumlegierung AA3003 im Zustand H14 mit einer Streckgrenze von 125 MPa: ^^ ^^ Alu = p0,2,3003Std ^^p0,2,Alu ∙ ^^3003Std (11) mit ^^Alu: Wandstärke des substituierenden Aluminiumwerkstoffs, ^^3003Std: Wandstärke des Referenzwerkstoffs AA3003 im Zustand H14, ^^p0,2,Alu: Streckgrenze Rp0,2 des substituierenden Aluminiumwerkstoffs, ^^p0,2,3003Std: Streckgrenze Rp0,2 des Referenzwerkstoffs mit ^^p0,2,3003Std = 125 MPa. ZI/ZI 230145WO 28. März 2024 Für den Deckel des prismatischen Batteriezellgehäuses ergibt sich aus der Innendruckstabilitätsforderung ein anderer Zusammenhang. Ausgehend von der Näherung: ^^p0,2 σ ^^ ≈ max ^^ wobei p der Innendruck im prismatischen Batteriezellgehäuse und σmax die maximale Spannung des Deckelmaterials nach Tresca ist, ergibt sich aus der Proportionalität des Verhältnisses von Spannung und Druck bei einer Wandstärke s für eine Platte mit einer normal zur Oberfläche wirkenden gleichmäßigen Druckbelastung (z. B. Dubbel, „Taschenbuch für den Maschinenbau“, 19. Auflage, Springer Verlag 1997: Kapitel C, „Festigkeitslehre“) Beim Vergleich zweier Werkstoffe bei identischer Geometrie ergibt sich aus (13) Ausgehend von dem Referenzwerkstoff einer Aluminiumlegierung vom Typ AA3003 im Zustand H14 bei gegebener Wandstärke des Deckels folgt bei Erfüllung der identischen Innendruckstabilität für die Wandstärke des neuen Aluminiumwerkstoffs; Die Masse w des Batteriezellgehäusemantels des Referenzwerkstoffs ergibt sich näherungsweise aus der Querschnittsfläche, die mit Länge l und der Dichte multipliziert werden ZI/ZI 230145WO 28. März 2024 ^^3003 ^^ ^^ ^^ = ^^3003 ^^ ^^ ^^* V = ^^ ^^ ^^ ^^ * l * 2* ^^3003 ^^ ^^ ^^ * (a+b) (16) Die Masse ^^ ^^ ^^ ^^ des Batteriezellgehäusemantels kann durch Einsetzen des Wandstärkenverhältnisses aus (11) ermittelt werden zu: Zur näherungsweisen Ermittlung der Masse des Deckels wird wiederum die Deckelfläche mit der Wandstärke und der Dichte multipliziert ^^3003 ^^ ^^ ^^, ^^ = ^^ ∗ ^^ ∗ ^^3003 ^^ ^^ ^^, ^^ ∗ ^^ ^^ ^^ ^^ (18) Die Masse des erfindungsgemäßen Deckels wird über dieselbe Beziehung unter Verwendung des Wandstärkenverhältnisses analog entwickelt. Daraus folgt: Die Gesamtmasse ergibt sich aus der Summe der Masse des Batteriezellgehäusemantels und der beiden Deckel Die prozentuale Veränderung der Treibhausgasemissionen für das prismatische Batteriezellgehäuse ergibt sich unter Verwendung der Produkte der jeweiligen Massen in kg des Batteriezellgehäuses und der jeweiligen Masse der emittierten Treibhausgase als CO2-Äquivalente in kgCO2e pro kg des jeweiligen Werkstoffs aus: ZI/ZI 230145WO 28. März 2024 ^^ ^^2 ^^, ^^ ^^ ^^, ^^ ^^2 ^^,3003 ^^ ^^ ^^: emittierte Masse an Treibhausgasen ausgedrückt als CO2- Äquivalente in kgCO2e/kgAlu oder 3003Std, wobei der Index „Alu“ die Werte jeweils für den Treibhausgasemissionen einsparenden Aluminiumwerkstoff angibt. Für den erfindungsgemäßen Aluminiumwerkstoff mit einem Verhältnis CO2e/Rp0,2 von maximal 6,15 % kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff) ergibt sich ausgehend beispielsweise von dem Format PHEV2+ des prismatischen Batteriezellgehäuses mit 148 mm Länge, 91 mm Breite und 26,5 mm Tiefe, einer Ausgangsdicke des Standardwerkstoffs AA3003 H14 von s30003Std = 0,5 mm und einer Ausgangsdicke des Deckels von s3003Std,D =1,5mm eine Einsparung an CO2-Emissionen von mehr als 9 %. Dabei kann die Einsparung basierend auf einer Erhöhung der Streckgrenze, einer Reduktion der CO2-Emissionen des eingesetzten Aluminiumwerkstoffes oder eine Kombination dieser Maßnahmen erfolgen. Zu Erzielung größerer Einsparungen an CO2-Emissionen weist der ausgewählte Aluminiumwerkstoff vorzugsweise ein Verhältnis CO2e/Rp0,2 von maximal 5 % kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff), besonders bevorzugt maximal 4 % kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff) oder besonders bevorzugt maximal 2 % kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff) auf. Ausgehend von den mit den oben genannten Wandstärken versehenen prismatischen Batteriezellgehäusen im Format PHEV2+ ergeben sich CO2-Emissionseinsparung von mindestens 20 % bei maximal 5 % kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff), besonders bevorzugt mindestens 32 % bei maximal 4 % kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff) oder besonders bevorzugt mindestens 60 % bei maximal 2 % kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff). ZI/ZI 230145WO 28. März 2024 Gemäß einer ersten Ausgestaltung weist das prismatische Batteriezellgehäuse eine Länge (l) von maximal 1200 mm, vorzugsweise maximal 600 mm, besonders bevorzugt maximal 300 mm, eine Breite (a) von maximal 500 mm, vorzugsweise maximal 300 mm, besonders bevorzugt maximal 200 mm und eine Tiefe (b) von maximal 90 mm, vorzugsweise maximal 60 mm, besonders bevorzugt maximal 40 mm auf, wobei das Batteriezellgehäuse optional ein Format HEV 1, HEV 2, PHEV 1 PHEV 2, BEV 1, BEV 2, BEV 3, BEV 4 gemäß DIN 912522016-11, PHEV 2+ oder ein Schwertformat aufweist. Prismatische Batteriezellgehäuse mit den oben genannten Abmessungen erlauben eine auf die jeweilige Anwendung spezifische und beispielsweise im Hinblick auf eine optimierte Wärmeabfuhr konzipierte, kompakte Anordnung von Batteriezellgehäusen. Bevorzugte Formattypen der prismatischen Batteriezellgehäuse sind die Formate HEV1, HEV 2, PHEV 1 PHEV 2, BEV 1, BEV 2, BEV 3, BEV 4 gemäß DIN 912522016-11, aber auch das Format PHEV2 +. Alle genannten Formate werden für batterieelektrische Fahrzeuge verwendet. Das bevorzugte PHEV2+ Format weist eine Länge (l) von 148 mm, bei einer Breite (a) von 125 mm und 26,5 mm Tiefe (b) auf. Weiter bevorzugt sind sogenannte prismatische Batteriezellgehäuse im „Schwertformat“ auch, „Blade-Format“ genannt, welche einen direkten Einsatz in einer „Cell-to-Pack“-Bauweise erlauben, wodurch auf eine Batteriezellmodulbildung verzichtet werden kann. Die bevorzugten Schwertformate sind durch eine besonders große Länge (l) bis maximal 1200 mm, bei einer Breite (a) von maximal 300 mm, vorzugsweise 200 mm und einer Tiefe (b) von maximal 60 mm, bevorzugt maximal 40 mm charakterisiert. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Aluminiumwerkstoff ein Aluminiumknetwerkstoff. Aluminiumknetwerkstoffe haben die Eigenschaft hohe Umformgrade zuzulassen, wie sie für die Herstellung von prismatischen Batteriezellgehäusen notwendig sind. Gleichzeitig stellen sie ein sehr dichtes ZI/ZI 230145WO 28. März 2024 Mikrogefüge im Vergleich zu Aluminiumgusswerkstoffen zur Verfügung, so dass auch den Dichtigkeitsanforderungen der prismatischen Batteriezellgehäusen erfüllt werden können. Einen bevorzugten aushärtbaren Aluminiumknetwerkstoff stellen die Aluminiumlegierungen des Typs AA6xxx bereit. Diese lassen sich zu einem Batteriezellgehäusemantel in Form von prismatischen Rohren strangpressen, welcher mit zwei Batteriezelldeckeln versehen das Batteriezellgehäuse bereitstellen kann. Hierdurch kann eine wirtschaftlicher Herstellweg bereitgestellt werden. Naturharte Aluminiumknetwerkstoff können gegenüber aushärtbaren Aluminiumknetwerkstoffen mit einfacheren Herstellverfahren hergestellt werden, welche grundsätzlich auch mit geringeren CO2-Emissionen einhergehen können, da beispielsweise auf Hochglühschritte beispielsweise an Enddicke, wie sie für die Lösungsglühung aushärtbarer Legierungen benötigt werden, vermieden werden können. In Bezug auf thermische Fügeverfahren, wie es beispielsweise beim Schweißen der prismatischen Batteriezellen Anwendung finden kann, weisen die naturharten Aluminiumwerkstoffe eine deutlich geringere Neigung zur Festigkeitsabnahme auf und besitzen in der Regel eine gute Korrosionsbeständigkeit. Optional bestehen die naturharten Aluminiumwerkstoffe aus einer Aluminiumlegierung vom Typ AA1xxx, AA3xxx, AA5xxx oder AA8xxx, deren Herstellverfahren gut bekannt sind. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung werden geringere Treibhausgasemissionen erzielt, sofern das Batteriezellgehäuse eine Aluminiumlegierung vom Typ AA1050, AA1100, AA1200, AA3003, AA3004, AA3104, AA3005, AA3105, AA5005, AA5052, AA5454, AA5754, AA5182, AA5083, AA5086, AA8006, AA8008, AA8010, AA8011, AA8111, AA8021, AA8026, AA8050 oder AA8079 aufweist. Mit den genannten Legierungstypen können unterschiedliche Fertigungswege für das prismatische Batteriezellgehäuse verfolgt werden. ZI/ZI 230145WO 28. März 2024 So eignet sich die geringer legierte Aluminiumlegierung der 1xxx Legierungsklasse beispielsweise insbesondere für Fließpressverfahren, während Aluminiumlegierungen vom Typ AA3003, AA3004, AA3104, AA3005 oder AA3105 hohe Umformgrade bei der Herstellung der Batteriezellgehäuseherstellung beispielsweise aus Blechzuschnitten aber auch gute bis sehr gute Schweißeigenschaften bereitstellen. Gleichzeitig sind die Legierungstypen AA3004, AA3104, AA3005 oder AA3105 besonders recyclingfreundlich und ermöglichen hohe Anteile an Recycling-Material. Die höheren Magnesiumgehalte der Aluminiumlegierungstypen AA5005, AA5052, AA5454, AA5754, AA5182, AA5083 oder AA5086 führen nicht nur zu hervorragenden Umformeigenschaften, sondern können auch besonders hohe Streckgrenzen, selbst in weichem Zustand zur Verfügung stellen, so dass hierdurch Einsparpotentiale in Bezug auf Treibhausgasemissionen durch geringere Wandstärken des Batteriezellgehäusemantels maximal ausgenutzt werden können. Gleichzeitig erlauben die Legierungstypen AA5052, AA,5454, AA5754, AA5182, AA5083 und AA5086 aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung einen hohen Anteil an Recycling-Material. Die Legierungstypen AA8006, AA8008, AA8010, AA8011, AA8111, AA8021, AA8026, AA8050 und AA8079 erlauben durch ihre im Vergleich zu AA1xxx Legierungen breiteren Legierungsfenster nicht nur die Erreichung von höheren Recyclinganteilen, sondern ermöglichen auch höhere Festigkeiten. Insbesondere eignen sich die Legierungen wegen des hohen zulässigen Eisengehalts, zur Aufnahme von Fe-haltige Schrotten. Vorzugsweise weist der Aluminiumwerkstoff des Batteriezellgehäuses eine Streckgrenze Rp0,2 von mindestens 100 MPa, vorzugsweise mindestens 150 MPa, besonders bevorzugt mindestens 175 MPa auf. Weiche Aluminiumwerkstoffe mit Streckgrenzen Rp0,2 von weniger als 100 MPa ermöglichen häufig besonders große Umformgrade, erfordern aber zur Bereitstellung einer ausreichenden Festigkeit ZI/ZI 230145WO 28. März 2024 höhere Wandstärken im Vergleich zum Standardmaterial AA3003 im Zustand H14. Ab einer Streckgrenze von 100 MPa können bezogen auf ein identisches Batteriezellformat bei konstanter gravimetrischer Energiedichte Einsparungen bei den CO2-Emissionen überwiegend über Einsparungen bei der Aluminiumproduktion, insbesondere durch Einsatz von externen Schrotten und durch Einsatz von Primäraluminium, das einen hohen Anteil an mit erneuerbaren Energien hergestelltem Primäraluminium enthält, realisiert werden. Bei höheren Streckgrenzen von mindestens 150 MPa oder mindestens 175 MPa kommen zu diesen Einsparungen zusätzlich Materialeinsparungen hinzu, welche sich ebenfalls positiv auf die Verringerung der Treibhausgasemissionen auswirken. Die CO2-Emission für in der Europäischen Union (EU) verwendetem Primäraluminium betragen im Mittel 8,6 kgCO2e/kgAl. Besteht der Aluminiumwerkstoff des Batteriezellgehäuses daher vorzugsweise zumindest teilweise aus einem Primäraluminium, bei dessen Herstellung die emittierte Menge an CO2 pro kg Aluminiumwerkstoff des Batteriezellgehäuses maximal 6,7 kgCO2e/kgAl, bevorzugt maximal 5 kgCO2e/kgAl besonders bevorzugt maximal 4 kgCO2e/kgAl beträgt, können signifikante Reduktionen der Treibhausgasemissionen auch über den Primärmetallanteil erreicht werden. Entsprechende Werte für die Treibhausgasemissionen pro kg Primäraluminium können durch Verwendung regenerativ erzeugter Energie bei der Herstellung, insbesondere regenerativ erzeugter Strom, erreicht werden. Maximal 4 kgCO2e/kgAl wird erreicht, wenn das Primärmetall vollständig durch Nutzung regenerativer Energien, also CO2-neutralen Energien, hergestellt wird. Betragen bei der Herstellung des Aluminiumwerkstoffs des Batteriezellgehäuses die Treibhausgasemissionen pro kg Aluminiumwerkstoff des Batteriezellgehäuses maximal 4 kgCO2e/kgAl-Werkstoff, bevorzugt maximal 3 kgCO2e/kgAl-Werkstoff, besonders bevorzugt maximal 2 kgCO2e/kgAl-Werkstoff kann das erfindungsgemäße Verhältnis CO2e/Rp0,2 von maximal 6,15 % kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff) auch durch weniger feste Aluminiumwerkstoffe, beispielsweise AA1xxx-Legierungen erzielt werden. Hierzu ist ZI/ZI 230145WO 28. März 2024 der Anteil an externen Schrotten und/oder Post-Consumer-Schrotten entsprechend groß zu wählen. Gemäß einer weiteren Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben genannte Aufgabe für ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Batteriezellgehäuses dadurch gelöst, dass das Verfahren ein Umformen des Aluminiumwerkstoffs umfasst und vorzugsweise ein Tiefziehen, Abstreckziehen, Fließpressen, Strang- oder Fließpressen oder Rollformen des Aluminiumwerkstoffs umfasst ist. Tiefziehen, Abstreckziehen, Strang- oder Fließpressen sind Umformverfahren, die eine wirtschaftliche Herstellung der Batteriezellgehäuse ermöglichen. Gleichzeitig setzen die Herstellverfahren aber auch Grenzen für den Einsatz spezifischer Aluminiumlegierungen. So werden beispielsweise bei Strang- oder Fließpressverfahren weichere Aluminiumknetlegierungen wie beispielsweise AA1050 bevorzugt. Ein Verfahren zur Herstellung von prismatischen Batteriezellgehäusen, welches besonders effizient CO2-Emissionen vermeidet, kann dadurch bereitgestellt werden, dass der Aluminiumwerkstoff des Batteriezellgehäuses zu mindestens 30 %, vorzugsweise zu mindestens 60 % und besonders bevorzugt zu 100 % aus mit CO2- neutraler Energie hergestelltem Primäraluminium hergestellt wird. Durch Einsatz von zu 100% mit CO2-neutraler Energie hergestelltem Primäraluminium werden, im Vergleich zum im Mittel in der EU verbrauchten Primärmetall die CO2-Emissionen von 8,6 auf 4 kgCO2e/kgAl-Werkstoff für das entsprechend hergestellte Primäraluminium reduziert, was einer Reduktion um mehr als 50% entspricht. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird der Aluminiumwerkstoff zu mindestens 40 %, vorzugsweise zu mindestens 70 % aus externen Schrotten und/oder Post- Consumer-Schrotten hergestellt, wobei optional zusätzlich auch interne Schrotte zur Herstellung des Aluminiumwerkstoffs verwendet werden können. ZI/ZI 230145WO 28. März 2024 Interne Schrotte weisen zusätzlich zur Herstellung des Aluminiumwerkstoffs aufgrund der bereits erfolgten Herstellung und Weiterverarbeitung zusätzlich 0,3 kgCO2e/kgAl-Werkstoff größere CO2-Emissionen auf als beispielsweise die Herstellung des Primärmetalls. Dennoch trägt die Berücksichtigung dieser Metallquellen zur Erhöhung der Effizienz der Herstellung der prismatischen Batteriezellgehäuse bei, da der Materialverbrauch durch Wiedereinschmelzen der internen Schrotte signifikant gesenkt und Abfall vermieden wird. Externe Schrotte und/oder Post-Consumer- Schrotte tragen signifikant zur Reduzierung der CO2-Emissionen des Aluminiumwerkstoffs bei, da diese lediglich 0,5 kgCO2e/kgAl-Werkstoff erzeugen. Ein möglichst hoher Anteil dieser Schrotte ist daher wünschenswert. Aus dem Aluminiumwerkstoff wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung zunächst ein Butzen hergestellt, der Butzen zu einem becherförmigen, prismatischen Batteriezellgehäuserohling fließgepresst. Aus dem becherförmigen Batteriezellgehäuserohling wird das prismatische Batteriezellgehäuse aufweisend einen Batteriezellgehäusemantel und einen Batteriezellgehäuseboden über mindestens einen weiteren Umformschritt, vorzugsweise durch ein Abstreckziehen endgeformt, wobei bevorzugt Aluminiumlegierungen des Typs AA1xxx, AA3xxx aber auch AA6xxx für den Aluminiumwerkstoff verwendet werden. Anschließend kann noch ein Batteriezellgehäusedeckel über einen Blechzuschnitt, beispielsweise in Form eines Stanzteils hergestellt und das prismatische Batteriezellgehäuse nach dessen Montage mit diesem verschlossen werden. In einem alternativen Verfahren zur Herstellung des Batteriezellgehäuses wird aus dem Aluminiumwerkstoff zunächst ein Aluminiumband durch Walzen hergestellt, aus welchem durch Tiefzieh- und Abstreckzieh-Prozesse ein prismatisches Batteriezellgehäuse aufweisend einen Batteriezellgehäusemantel und einen Batteriezellgehäuseboden, beispielsweise direkt aus dem Aluminiumband oder aus Blechzuschnitten aus dem Aluminiumband, hergestellt wird, wobei bevorzugt Aluminiumlegierung vom Typ AA1xxx, AA3xxx, AA5xxx oder AA8xxx verwendet werden. Die Fertigungsschritte Tiefziehen oder Abstreckziehen sind erprobte ZI/ZI 230145WO 28. März 2024 industrielle Prozessschritte, welche hochautomatisiert mit geringem Energieeinsatz, also ohne aufwändige Glühprozesse, durchgeführt werden können. Damit eignet sich dieses Verfahren auch zur besonders effizienten Herstellung der prismatischen Batteriezellgehäuse. Ebenfalls ausgehend von einem Aluminiumband kann gemäß einer weiteren alternativen Variante aus dem Aluminiumwerkstoff zunächst ein Aluminiumband durch Walzen hergestellt werden. Über ein Rollformverfahren wird aus dem Aluminiumband ein rollgeformter Batteriezellgehäusemantel, welcher zumindest bereichsweise einen prismatischen Querschnitt aufweist, geformt und der Batteriezellgehäusemantel in Längsrichtung, vorzugsweise form-, reib- und/oder stoffschlüssig gefügt. Der prismatische Batteriezellgehäusemantel wird anschließend auf Länge zugeschnitten und mit einem Batteriezellgehäuseboden aus einem Blechzuschnitt aus einem Aluminiumband aus dem gleichen oder einem anderen Aluminiumwerkstoff form-, reib- und/oder stoffschlüssig gefügt, wobei bevorzugt Aluminiumlegierung vom Typ AA1xxx, AA3xxx, AA5xxx oder AA8xxx verwendet werden. Auch das Rollformen, Längsnahtfügen und Zuschneiden und Fügen von Batteriezellgehäusedeckeln sind industrielle erprobte Vorgänge, die unter Verwendung der genannten Aluminiumlegierungen zu vorteilhaften Eigenschaften des Batteriezellgehäuses führen. Zugleich sind die genannten Verfahren auch als besonders energieeffizient anzusehen, so dass die CO2-Emissionen weiterhin von dem Herstellverfahren der Aluminiumlegierung dominiert wird. Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung wird ein Rohr mit prismatischen Querschnitt aus dem Aluminiumwerkstoff stranggepresst, welches optional auf Länge zugeschnitten wird und nach mindestens einem optionalen Bearbeitungsschritt zur Bereitstellung des endgeformten Batteriezellgehäusemantels mit einem Batteriezellgehäuseboden aus einem Blechzuschnitt aus einem Aluminiumband aus dem gleichen oder einem anderen Aluminiumwerkstoff form-, reib- und/oder stoffschlüssig gefügt wird, wobei bevorzugt Aluminiumlegierung vom Typ AA1xxx, AA3xxx, AA5xxx, AA6xxx oder AA8xxx verwendet werden. ZI/ZI 230145WO 28. März 2024 Um ein fertiges prismatisches Batteriezellgehäuse bereitzustellen, werden gemäß einer weiteren Ausgestaltung die mit den zuvor beschriebenen Verfahren hergestellten, becherförmigen Batteriezellgehäuse nach der Zellassemblierung durch Anordnung der Elektroden und des Aktivmaterials im becherförmigen Batteriezellgehäuse mit einem Batteriezellgehäusedeckel aus einem Blechzuschnitt aus einem Aluminiumwerkstoff verschlossen. Auch hier können vorzugsweise form-, reib- und/oder stoffschlüssige Fügeverfahren zum Einsatz kommen. Schließlich wird die oben aufgezeigte Aufgabe durch die Verwendung eines Aluminiumwerkstoffs zur Herstellung eines prismatischen Batteriezellgehäuses gelöst, wobei der Aluminiumwerkstoff ein Verhältnis aus bei der Herstellung des Aluminiumwerkstoffs emittierter Menge Treibhausgase ausgedrückt über CO2- Äquivalente an Kohlendioxid (CO2e) in kgCO2e pro kgAl-Werkstoff zur Streckgrenze Rp0,2 des Aluminiumwerkstoffs in MPa von CO2e/Rp0,2 ≤ 6,15% kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff), vorzugsweise CO2e/Rp0,2 ≤ 5% kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff), besonders bevorzugt CO2e/Rp0,2 ≤ 4% kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff) oder CO2e/Rp0,2 ≤ 2% kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff) aufweist. Die Verwendung des erfindungsgemäßen Aluminiumwerkstoffs stellt eine deutliche Einsparung an Treibhausgasemissionen gegenüber dem heutigen Standardwerkstoff einer Primäraluminium basierten Aluminiumlegierung AA3003 im Zustand H14 mit 125 MPa sicher. Im Weiteren soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Batteriezelle mit einem prismatischen Batteriezellgehäuse, ZI/ZI 230145WO 28. März 2024 Fig. 2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines prismatischen Batteriezellgehäuses durch Fließpressen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel Fig. 3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines prismatischen Batteriezellgehäuses durch Tiefziehen und Abstreckziehen eines Zuschnittes eines Aluminiumbands gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, Fig. 4 ein Flussdiagramm zur Herstellung eines prismatischen Batteriezellgehäuses durch Rollformen und Längsnahtfügen gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel und Fig. 5 ein Flussdiagramm zur Herstellung eines prismatischen Batteriezellgehäuses durch Strangpressen eines prismatischen Rohrs gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Zunächst zeigt Fig. 1 in einer schematischen Darstellung eine Batteriezelle 10 mit prismatischem Batteriezellgehäuse 11. Die Batteriezelle 10 weist neben dem Batteriezellgehäuse 11 einen Anodenanschluss 12 und einen Kathodenanschluss 13 auf. Wie oben bereits ausgeführt, weist das prismatische Batteriezellgehäuse 11 zwei Batteriezellgehäusedeckeln 14 und 15 sowie einem Batteriezellgehäusemantel 16 auf. In Fig. 2 ist ein Herstellverfahren eines Ausführungsbeispiels schematisch dargestellt. Gemäß Schritt A1 wird zunächst aus einem Aluminiumwerkstoff ein Butzen hergestellt. Die Herstellung eines Butzen kann beispielsweise durch Sägen einer einen entsprechenden Durchmesser aufweisenden Stange erfolgen. Alternativ können Butzen aus einer Walz- oder Gießbandfertigung erzeugt werden, wobei die Butzen aus dem Walz- oder Gießband gestanzt werden und anschließend oberflächenbehandelt und optional geglüht werden. Der Butzen wird anschließend in ein Fließpresswerkzeug eingelegt und durch ein Fließpressen gemäß Schritt B1 in einen prismatischen Batteriezellgehäuserohlinge fließgepresst. Dieser wird in Schritt C1 ZI/ZI 230145WO 28. März 2024 durch mindestens einen Fertigungsschritt, beispielsweise ein Beschneiden oder ein Abstreckziehen zum prismatischen Batteriezellgehäuse 11 mit Batteriezellgehäuseboden 15 und Batteriezellgehäusemantel 16 umgearbeitet und steht zur Zellassemblierung zur Verfügung. In Schritt D1 erfolgt die Zellassemblierung in der auch der Batteriezellgehäusedeckel form-, reib- und/oder stoffschlüssig mit dem Batteriezellgehäusemantel 16 gefügt wird. Ausgangspunkt für die in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiele ist ein Aluminiumband, welches im Schritt A2 respektive A3 bereitgestellt wird. Das Aluminiumband kann beispielsweise durch die folgenden Schritte hergestellt werden: - Gießen eines Walzbarrens aus einer Aluminiumlegierung, - Optionales Homogenisieren des Walzbarrens, - Warmwalzen des Walzbarrens zu einem warmgewalzten Band, - Kaltwalzen des warmgewalzten Bands mit optionaler Zwischenglühung. Nach dem Kaltwalzen können die Bänder in den Zuständen H12, H14, H16, H18 oder H19 vorliegen. Allerdings kann dem Kaltwalzen optional eine Wärmebehandlung des Bands in Form einer Zustandsglühung, vorzugsweise in Form einer Rückglühung folgen. Nach einer Rückglühung sind die Werte für die Streckgrenze Rp0,2 kaum verringert. Die möglichen Umformgrade sind aber beispielsweise im Zustand H24 deutlich verbessert. Alternativ kann das Aluminiumband in Schritt A2 oder A3 auch durch ein kontinuierliches Gießen bereitgestellt werden, wobei optional Twin-Roll-Caster oder Twin-Belt-Caster eingesetzt werden, die große Fertigungskapazitäten ermöglichen. Nach dem Gießen des Gießbands erfolgt beispielsweise ein Kaltwalzen an Enddicke des Aluminiumbands. Gemäß Fig. 3 wird in Schritt B2 aus dem gewalzten Aluminiumband durch Tiefzieh- und Abstreckzieh-Prozesse ein prismatisches Batteriezellgehäuse aufweisend einen ZI/ZI 230145WO 28. März 2024 Batteriezellgehäusemantel und einen Batteriezellgehäuseboden hergestellt, wobei bevorzugt Aluminiumlegierung vom Typ AA1xxx, AA3xxx, AA5xxx oder AA8xxx verwendet werden. Die Tiefzieh- und Abstreckzieh-Prozesse finden bevorzugt an Zuschnitten des Aluminiumbandes statt, können aber auch in Folgeverbundwerkzeugen am Aluminiumband durchgeführt werden. In Schritt C2 erfolgt optional ein weiterer Umformschritt zu Erzielung der endgültigen Geometrie des prismatischen Batteriezellgehäuses 11 inklusive Batteriezellgehäuseboden 15 und Batteriezellgehäusemantel 16. In Schritt D2 erfolgt die Zellassemblierung, die unter anderem das form-, reib- und/oder stoffschlüssig Fügen des Batteriezellgehäusedeckel 14 mit dem Batteriezellgehäusemantel 16 beinhaltet. Gemäß Fig. 4 wird aus dem gewalzten Aluminiumband über ein Rollformverfahren in Schritt B3 ein rollgeformter Batteriezellgehäusemantel, welcher zumindest bereichsweise einen prismatischen Querschnitt aufweist, geformt. Anschließend wird der Batteriezellgehäusemantel in Längsrichtung, vorzugsweise form-, reib- und/oder stoffschlüssig gefügt und auf Länge in Schritt B3 zugeschnitten, wobei der Batteriezellgehäusemantel optional auch erst nach dem Zuschneiden längsnahtgefügt werden kann. In Schritt C3 wird ein zugeschnittener Batteriezellgehäuseboden aus einem Blechzuschnitt aus einem Aluminiumband aus dem gleichen oder einem anderen Aluminiumwerkstoff form-, reib- und/oder stoffschlüssig mit dem Batteriezellgehäusemantel 16 gefügt, wobei bevorzugt Aluminiumlegierung vom Typ AA1xxx, AA3xxx, AA5xxx oder AA8xxx für den Batteriezellgehäusemantel 16 oder die Batteriezellgehäusedeckel 14 und 15 verwendet werden. In Schritt D3 erfolgt die Zellassemblierung, die unter anderem das Verschließen des Batteriezellgehäusemantels 16 mit zwei Batteriezellgehäusedeckel 14 durch form-, reib- und/oder stoffschlüssiges Fügen beinhaltet. Weitere denkbare Herstellungsverfahren stellen das direkt und das indirekte Strangpressen, sowie Rohrziehprozesse und Kombinationen dieser Verfahren dar, die die Herstellung eines Rohrkörpers, der als Batteriezellgehäusemantel dienen kann, erlauben. Ein Flussdiagramm eines solchen Verfahrens ist in Fig. 5 dargestellt. Hierzu ZI/ZI 230145WO 28. März 2024 wird ein Rohr mit prismatischem Querschnitt aus dem Aluminiumwerkstoff in Schritt A4 stranggepresst, welches in dem optionalen Schritt B4 auf Länge zugeschnitten und gegebenenfalls durch mindestens einen optionalen Bearbeitungsschritt zu einem endgeformten Batteriezellgehäusemantel umgearbeitet wird. In Schritt C4 wird der Batteriezellgehäusemantel mit einem Batteriezellgehäuseboden aus einem Blechzuschnitt aus einem Aluminiumband aus dem gleichen oder einem anderen Aluminiumwerkstoff form-, reib- und/oder stoffschlüssig gefügt, wobei bevorzugt Aluminiumlegierung vom Typ AA1xxx, AA3xxx, AA6xxx oder AA8xxx verwendet werden. Anschließend kann in Schritt D4 die Zellassemblierung und Verschließen der Batteriezelle mit einem weiteren Batteriezellgehäusedeckel erfolgen. Die mit den vorbeschriebenen Verfahren herstellbaren, prismatischen Batteriezellgehäuse 11 wurden in Bezug auf die Möglichkeiten zur Einsparung von Treibhausgasemissionen hin überprüft. Dabei wurde von folgenden Annahmen ausgegangen. Die CO2-Emissionen werden im Wesentlichen von der Bereitstellung der Aluminiumlegierungen insbesondere unter Einsatz von Primäraluminium dominiert. Für die Blechproduktion fallen in der Regel lediglich 0,4 kgCO2e/kgAl-Werkstoff an. Im weltweiten Durchschnitt werden für die Erzeugung von Primäraluminium dagegen 16 kgCO2e/kgAl-Werkstoff emittiert. In der Europäischen Union verbrauchtes Primäraluminium hat dagegen eine Emissionsquote nur von 8,6 kgCO2e/kgAl-Werkstoff . Im Folgenden wird für die Berechnung angenommen, dass interne Schrotte aus Primärmetall mit einem CO2-Äquivalent von 8,6 kgCO2e/kgAl- Werkstoff eingesetzt werden und für deren Aufbereitung eine durchschnittliche Emission von 0,3 kgCO2e/kgAl-Werkstoff aufgewendet wird, so dass diese mit einer Emissionsquote von 8,9 kgCO2e/kgAl-Werkstoff bewertet werden. Externe Schrotte und Post-Consumer- Schrotte werden mit 0,5 kgCO2e/kgAl-Werkstoff ausgewiesen. Stellt man Primäraluminium allein mit CO2-Emissions neutralen Energien her, so ergeben sich immerhin 4 kgCO2e/kgAl-Werkstoff. (vgl. International Aluminum Association: https://international- aluminium.org/statistics/greenhouse-gas-emissions-intensity-primary-aluminium/) ZI/ZI 230145WO 28. März 2024 In Tabelle 1 und 2 sind nun die in Gleichung (23) dargestellten Zusammenhänge in Bezug auf erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele sowie Vergleichsbeispiele hin untersucht worden. Tabelle 1 enthält erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele, Tabelle 2 Vergleichsbeispiele. In beiden Tabellen sind in den ersten drei Spalten die Legierungsbezeichnung, den Temperzustand sowie die untersuchte Streckgrenze angegeben. Hierbei handelt es sich um die minimale Streckgrenze gemäß DIN EN 485-2 der Aluminiumlegierung im jeweiligen Temperzustand. Anschließend folgen 5 Spalten, welche die Anteile des jeweiligen Primärmetalls und/oder der internen und externen Schrotte der untersuchten Aluminiumwerkstoffe angeben. Mit CO2e ist in der 6. Spalte der CO2- Fußabdruck des Aluminiumwerkstoffs inklusive 0,4 kgCO2e/kgAl-Werkstoff für die Herstellung des Batteriezellgehäuses ermittelt und aus diesem Wert das Verhältnis zur Streckgrenze in der 7. Spalte angegeben. Die im Weiteren angegebenen Treibhausgaseinsparung ergeben sich gemäß Gleichung (23) unter Berücksichtigung des beispielhaft verwendeten Batterieformats PHEV2+ unter weiterer Berücksichtigung der oben angegebenen Dimensionen und Wandstärken des Referenzwerkstoffs AA3003 im Zustand H14 mit einer Streckgrenze Rp0,2 von 125 MPa und derzeitigen Treibhausgasemissionen von 8,6 kgCO2e/kgAl-Werkstoff zur Herstellung des Primäraluminiums bis zum Walzbarren. Es zeigte sich, dass alle untersuchten Aluminiumwerkstoffe aus den Aluminiumlegierungen vom Typ AA1xxx, AA3xxx, AA5xxx und AA8xxx bei einem Verhältnis CO2e/Rp0,2 von maximal 6,15% kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff) eine Reduktion der Treibhausgasemissionen im Vergleich zum derzeitigen Referenzwerkstoff aus einer Aluminiumlegierung vom Typ AA3003 im Zustand H14 mit einer Streckgrenze Rp0,2 von 125 MPa hergestellt aus Primäraluminium mit 8,6 kgCO2e/kgAl-Werkstoff bereitstellen können, sofern bestimmte Vorgaben für die Streckgrenze Rp0,2 sowie für die Herkunft des Primäraluminiums und Schrottanteile gemacht werden. Als Streckgrenze Rp0,2 wurde für den Referenzwerkstoff aus einer AA3003 ZI/ZI 230145WO 28. März 2024 Aluminiumlegierung im Zustand H14 der nach DIN EN 485-2 erreichbare Mindestwert 125 MPa angenommen. Wie oben bereits ausgeführt, ergibt sich mit maximal 6,15% kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff) eine Ersparnis von mindestens 9 % bei Verwendung des Batteriezellformats PHEV2+ für das prismatische Batteriezellgehäuse mit 148 mm Länge (l) , 91 mm Breite (a) und 26,5 mm Tiefe (b), einer Ausgangsdicke des Standardwerkstoffs AA3003 im Zustand H14 von s30003Std = 0,5 mm und einer Ausgangsdicke des Deckels von s3003Sdt,D =1,5 mm. Die erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele 1 bis 12 weisen ein Verhältnis CO2e/Rp0,2 von maximal 6,15 % bis mehr als 5 % kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff) auf, so dass eine Einsparung an Treibhausgasemissionen in kgCO2e/kgAl-Werkstoff unter Berücksichtigung einer HVEP2+-Geometrie mit von mindestens 9 % erzielt werden. Es ist zu erkennen, dass bei Wahl eines Aluminiumwerkstoffs mit einer geringeren Streckgrenze Rp0,2 eine Einsparung an Treibhausgasemissionen nur durch Änderung der Primärmetallquelle auf beispielsweise 100 % Primärmetall, welches mit erneuerbarer Energie hergestellt wird, erreicht werden kann. Dies zeigt Ausführungsbeispiel Nr. 1. Ein identischer Effekt kann jedoch auch durch Hinzufügen von externen Schrotten erreicht werden, siehe Ausführungsbeispiel Nr. 2. Die Ausführungsbeispiele 13 bis 23 realisieren noch höhere Einsparungen mit einem Verhältnis CO2e/Rp0,2 maximal 5% kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff) bei den Treibhausgasemissionen. Diese Einsparung liegt bei den genannten Ausführungsbeispielen bei mindestens 20 %. Bei unveränderter Primärmetallquelle (EU-mix) wird dies nur mit einer deutlichen Erhöhung der Streckgrenze Rp0,2 auf beispielsweise 185 MPa im Ausführungsbeispiel Nr. 18 realisierbar. Bei Änderung der Primärquelle können aber weiterhin weiche Aluminiumwerkstoffe mit Rp0,2 bis maximal 100 MPa diese Einsparung erzielen, wie z.B. in Ausführungsbeispiel 25. Eine noch höhere Einsparung von CO2-Emissionen wird in den Ausführungsbeispielen 24 bis 36 mit einem Verhältnis CO2e/Rp0,2 maximal 4% kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff) erzielt. Diese liegt bei mindestens 35 %. Deutlich wird, dass die Einsparung ohne ZI/ZI 230145WO 28. März 2024 Änderung der Primärmetallquelle oder Einsatz von externen Schrotten nur noch von höchstfesten Aluminiumwerkstoffen realisiert werden kann, wie Ausführungsbeispiel 32 zeigt. Mit einem Verhältnis CO2e/Rp0,2 von maximal 2% kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff) zeigen die Ausführungsbeispiele 37 bis 49 die maximalen Einsparungen an Treibhausgasemissionen. Diese liegen bei mindestens 65 % und können, wie die Ausführungsbeispiele zeigen, bei geringeren oder gleichen Streckgrenzen Rp0,2 im Vergleich zum Referenzwerkstoff AA3003 im Zustand H14 im Wesentlichen nur Verwendung hoher Anteile externer Schrotte realisiert werden, wie beispielsweise Ausführungsbeispiel 48 zeigt. Aufgrund des hohen CO2-Fußabdrucks der internen Schrotte, werden diese zur Erzielung derart hoher Einsparungen der Treibhausgasemissionen nur in Kombination höher festen Werkstoffen und in Kombination mit höheren Anteilen externer Schrotte einsetzbar. Wie die Vergleichsbeispiele in Tabelle 2 zeigen, können hohe Streckgrenzwerte Rp0,2 oder die Verwendung von Anteilen an Primärmetall hergestellt mit rein erneuerbaren Energiequellen die Einsparung an Treibausgasemissionen nicht einzeln realisieren. Das Verhältnis CO2e/Rp0,2 mit maximal 6,15 % kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff) ist insofern eine wichtige Eigenschaft des Aluminiumwerkstoffs zur Bereitstellung von prismatischen Batteriezellgehäusen mit verringertem CO2-Fußabdruck. ZI/ZI 230145WO 28. März 2024 Tabelle 1: Erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele AA- Temper- Rp0,2 Anteil Primärmetall in [%] Anteil interne Anteil externe CO2e CO2e/Rp0,2 Nr. Legierung zustand (MPa) hergestellt aus Schrotte [%] Schrotte [%] [kgCO2e/ [%] kgAl-Werkstoff] Erneuerbarer Energiemix Energiemix Energie ^ EU ^ weltweit 1050 H14 85 100 4,4 5,18 1 1050 H14 85 30 70 3,33 3,92 2 1050 H18 120 60 40 6,4 5,30 3 3003 H18 170 100 9,0 5,29 4 3005 H18 200 30 70 11,4 5,72 5 3105 H18 180 100 9,0 5,00 6 5005 H24 110 60 40 5,8 5,24 7 5005 H24 110 30 70 5,6 5,05 8 5052 H24 150 60 40 9,1 6,08 9 5182 O 110 60 40 5,8 5,24 10 8011 H14 110 60 40 6,4 5,78 11 8011 H14 110 60 40 5,8 5,24 12 8011 H24 100 60 40 5,8 5,76 13 1050 H19 130 60 40 5,8 4,43 14 3003 H14 125 60 40 5,8 4,61 15 3004 H18 230 60 40 10,2 4,43 16 ZI/ZI 230145WO 28. März 2024
AA- Temper- Rp0,2 Anteil Primärmetall in [%] Anteil interne Anteil externe CO2e CO2e/Rp0,2 Nr. Legierung zustand (MPa) hergestellt aus Schrotte [%] Schrotte [%] [kgCO2e/ [%] kgAl-Werkstoff] Erneuerbarer Energiemix Energiemix Energie ^ EU ^ weltweit 3005 H24 130 60 40 6,4 4,89 17 3005 H19 210 30 70 9,2 4,39 18 5005 H19 185 100 9,0 4,86 19 5754 H14 190 30 70 9,2 4,85 20 5182 O 110 100 4,4 4,00 21 5182 H19 320 60 40 13,6 4,24 22 5083 H32 215 100 9,0 4,19 23 8011 H16 130 60 40 5,8 4,43 24 1050 H14 85 60 40 3,0 3,53 25 1050 H14 85 30 70 2,0 2,29 26 3003 H18 170 60 40 6,4 3,74 27 3003 H18 170 30 70 5,6 3,26 28 3005 H19 210 30 70 7,8 3,73 29 3105 H24 120 30 70 3,3 2,78 30 5005 H18 165 60 40 6,4 3,85 31 5005 H18 165 60 40 5,8 3,49 32 5052 H18 240 100 9,0 3,75 33 ZI/ZI 230145WO 28. März 2024
AA- Temper- Rp0,2 Anteil Primärmetall in [%] Anteil interne Anteil externe CO2e CO2e/Rp0,2 Nr. Legierung zustand (MPa) hergestellt aus Schrotte [%] Schrotte [%] [kgCO2e/ [%] kgAl-Werkstoff] Erneuerbarer Energiemix Energiemix Energie ^ EU ^ weltweit 5754 H18 250 100 9,0 3,60 34 5182 O 110 30 70 3,3 3,03 35 5083 H14 280 100 9,0 3,21 36 8011 H24 100 30 70 3,3 3,33 37 1050 H19 130 30 70 2,0 1,50 38 3003 H19 180 60 40 3,0 1,67 39 3004 H14 180 60 40 3,0 1,67 40 3105 H18 180 60 40 3,0 1,67 41 3105 H18 180 30 70 3,3 1,85 42 5005 H18 165 60 40 3,0 1,82 43 5052 H14 180 30 70 2,0 1,08 44 5052 H18 240 100 4,4 1,83 45 5754 H14 190 30 70 3,3 1,75 46 5182 H19 320 30 70 2,0 0,61 47 5182 H19 320 60 40 5,8 1,80 48 8011 H14 110 30 70 2,0 1,77 49 5182 H19 320 60 40 6,36 1,99 50 ZI/ZI 230145WO 28. März 2024
Tabelle 2: Vergleichsbeispiele AA- Temper- Rp0,2 Anteil Primärmetall in [%] Anteil interne Anteil externe CO2e CO2e/Rp0,2 Nr. Legierung zustand (MPa) hergestellt aus Schrotte [%] Schrotte [%] [kgCO2e/ [%] Erneuerbarer Energiemix Energiemix kgAl- Energie ^ EU ^ weltweit Werkstoff] 3003 H14 125 100 9,0 7,20 1 3003 H14 125 60 40 10,2 8,16 2 1050 H14 85 100 9,0 10,59 3 3004 H14 180 100 16,4 9,11 4 3004 H14 180 60 40 13,6 7,53 5 3005 H24 130 100 9,0 6,92 6 3105 H14 130 100 9,0 6,92 7 5005 H24 110 30 70 7,8 7,12 8 5005 H24 110 100 9,0 8,18 9 5005 H18 165 30 70 11,4 6,93 10 5052 H24 150 30 70 11,4 7,62 11 5052 H24 150 60 40 10,2 6,80 12 5052 H18 240 100 16,4 6,83 13 5754 H24 160 60 40 10,2 6,38 14 5083 O 125 100 9,0 7,20 15 8011 H16 130 100 9,0 6,92 16 8011 H16 130 60 40 9,1 7,02 17 ZI/ZI 230145WO 28. März 2024

Claims

28. März 2024 P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Prismatisches Batteriezellgehäuse (11), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das prismatische Batteriezellgehäuse (11) einen Aluminiumwerkstoff aufweist, dessen Verhältnis aus bei der Herstellung des Aluminiumwerkstoffs emittierter Menge an Kohlendioxid (CO2e) in kgCO2e pro kgAl-Werkstoff zur Streckgrenze Rp0,2 des Aluminiumwerkstoffs in MPa von CO2e/Rp0,2 ≤ 6,15% kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff), vorzugsweise CO2e/Rp0,2 ≤ 5% kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff), besonders bevorzugt CO2e/Rp0,2 ≤ 4% kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff) oder CO2e/Rp0,2 ≤ 2% kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff) beträgt, wobei die Streckgrenze Rp0,2 nach DIN EN ISO 6892-1 bei Raumtemperatur gemessen wird. 2. Batteriezellgehäuse(11) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das prismatische Batteriezellgehäuse (11) eine Länge (l) von maximal 1200 mm, vorzugsweise maximal 600 mm, besonders bevorzugt maximal 300 mm, eine Breite (a) von maximal 500 mm, vorzugsweise maximal 300 mm, besonders bevorzugt maximal 200 mm und eine Tiefe (b) von maximal 90 mm, vorzugsweise maximal 60 mm, besonders bevorzugt maximal 40 mm aufweist, und das Batteriezellgehäuse optional ein Format HEV 1, HEV 2, PHEV 1 PHEV 2, BEV 1, BEV 2, BEV 3, BEV 4 gemäß DIN 912522016-11, PHEV 2+ oder ein Schwertformat aufweist. 3. Batteriezellgehäuse (11) nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s - 2 - der Aluminiumwerkstoff ein Aluminiumknetwerkstoff ist. 4. Batteriezellgehäuse (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Aluminiumwerkstoff ein naturharter Aluminiumknetwerkstoff ist und optional eine Aluminiumlegierung vom Typ AA1xxx, AA3xxx, AA5xxx oder AA8xxx aufweist oder ein aushärtbarer Aluminiumknetwerkstoff ist und eine Aluminiumlegierung vom Typ AA6xxx aufweist. 5. Batteriezellgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Batteriezellgehäuse (11) eine Aluminiumlegierung vom Typ AA1050, AA1100, AA1200, AA3003, AA3004, AA3104, AA3005, AA3105, AA5005, AA5052, AA5454, AA5754, AA5182, AA5083, AA5086, AA8006, AA8008, AA8010, AA8011, AA8111, AA8021, AA8026, AA8050 oder AA8079 aufweist. 6. Batteriezellgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Aluminiumwerkstoff des Batteriezellgehäuses (11) eine Streckgrenze Rp0,2 von mehr als 100 MPa, vorzugsweise150 MPa, besonders bevorzugt mehr als 175 MPa aufweist. 7. Batteriezellgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Aluminiumwerkstoff zumindest teilweise aus einem Primäraluminium besteht, bei dessen Herstellung die emittierte Menge an CO2 pro kg Aluminiumwerkstoff des Batteriezellgehäuses maximal 6,7 kgCO2e/kgAl-Werkstoff, bevorzugt maximal 5 kgCO2e/kgAl-Werkstoff, besonders bevorzugt maximal 4 kgCO2e/kgAl-Werkstoff beträgt. ZI/ZI 230145WO 28. März 2024 - 3 - 8. Batteriezellgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s bei der Herstellung des Aluminiumwerkstoffs des Batteriezellgehäuses (11) die emittierte Menge an CO2 pro kg Aluminiumwerkstoff des Batteriezellgehäuses maximal 4 kgCO2e/kgAl-Werkstoff, bevorzugt maximal 3 kgCO2e/kgAl-Werkstoff, besonders bevorzugt maximal 2 kgCO2e/kgAl-Werkstoff beträgt. 9. Verfahren zur Herstellung eines prismatischen Batteriezellgehäuses (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Verfahren ein Umformen des Aluminiumwerkstoffs umfasst, vorzugsweise ein Tiefziehen, Fließpressen, Strangpressen oder Rollformen des Aluminiumwerkstoffs umfasst. 10. Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Aluminiumwerkstoff zu mindestens 30 %, vorzugsweise zu mindestens 60 % und besonders bevorzugt zu 100 % aus mit CO2-neutraler Energie hergestelltem Primäraluminium hergestellt wird. 11. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Aluminiumwerkstoff aus primärbasiertem Aluminium und mindestens 40 %, vorzugsweise mindestens 70 % externe Schrotten und/oder Post-Consumer- Schrotten hergestellt wird, wobei optional auch interne Schrotte zur Herstellung des Aluminiumwerkstoffs verwendet werden. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s aus dem Aluminiumwerkstoff zunächst ein Butzen hergestellt wird, der Butzen zu einem becherförmigen, prismatischen Batteriezellgehäuserohling ZI/ZI 230145WO 28. März 2024 - 4 - fließgepresst wird und aus dem becherförmigen Batteriezellgehäuserohling das prismatische Batteriezellgehäuse aufweisend einen Batteriezellgehäusemantel (16) und einen Batteriezellgehäuseboden (15) über mindestens einen weiteren Umformschritt, vorzugsweise durch ein Abstreckziehen endgeformt wird, wobei bevorzugt Aluminiumlegierungen des Typs AA1xxx, AA3xxx aber auch AA8xxx für den Aluminiumwerkstoff verwendet werden. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s aus dem Aluminiumwerkstoff ein Aluminiumband durch Walzen hergestellt wird, aus welchem durch Tiefzieh- und Abstreckzieh-Prozesse ein prismatisches Batteriezellgehäuse (11) aufweisend einen Batteriezellgehäusemantel (16) und einen Batteriezellgehäuseboden (15) hergestellt wird, wobei bevorzugt Aluminiumlegierung vom Typ AA1xxx, AA3xxx, AA5xxx oder AA8xxx verwendet werden oder alternativ über ein Rollformverfahren aus dem Aluminiumband ein rollgeformter Batteriezellgehäusemantel, welcher zumindest bereichsweise einen prismatischen Querschnitt aufweist, geformt wird, der Batteriezellgehäusemantel in Längsrichtung, vorzugsweise form-, reib- und/oder stoffschlüssig gefügt wird, der prismatische Batteriezellgehäusemantel auf Länge zugeschnitten wird und mit einem Batteriezellgehäuseboden aus einem Blechzuschnitt aus einem Aluminiumband aus dem gleichen oder einem anderen Aluminiumwerkstoff form-, reib- und/oder stoffschlüssig gefügt wird, wobei bevorzugt Aluminiumlegierung vom Typ AA1xxx, AA3xxx, AA5xxx oder AA8xxx verwendet werden. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s alternativ ein Rohr mit prismatischem Querschnitt aus dem Aluminiumwerkstoff für den Batteriezellgehäusemantel (16) stranggepresst wird, welches optional auf Länge zugeschnitten wird und nach mindestens einem optionalen Bearbeitungsschritt zur Bereitstellung des endgeformten ZI/ZI 230145WO 28. März 2024 - 5 - Batteriezellgehäusemantels (16) mit einem Batteriezellgehäuseboden (15) aus einem Blechzuschnitt aus einem Aluminiumband aus dem gleichen oder einem anderen Aluminiumwerkstoff form-, reib- und/oder stoffschlüssig gefügt wird, wobei bevorzugt Aluminiumlegierung vom Typ AA1xxx, AA3xxx, AA6xxx oder AA8xxx verwendet werden. 15. Verfahren nach Anspruch 11, 12, 13 oder 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die becherförmigen Batteriezellgehäuse im Zuge der Zellassemblierung mit einem Batteriezellgehäusedeckel (14) aus einem Blechzuschnitt aus einem Aluminiumwerkstoff verschlossen werden. 16. Verwendung eines Aluminiumwerkstoffs zur Herstellung eines prismatischen Batteriezellgehäuses (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, optional unter Nutzung eines Verfahrens nach Anspruch 9 bis 15 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der Aluminiumwerkstoff ein Verhältnis aus bei der Herstellung des Aluminiumwerkstoffs emittierter Menge an Kohlendioxid (CO2e) in kgCO2e pro kgAl-Werkstoff zur Streckgrenze Rp0,2 des Aluminiumwerkstoffs in MPa von CO2e/Rp0,2 ≤ 6,15% kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff), vorzugsweise CO2e/Rp0,2 ≤ 5% kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff), besonders bevorzugt CO2e/Rp0,2 ≤ 4% kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff) oder CO2e/Rp0,2 ≤ 2% kgCO2e/(MPa*kgAl-Werkstoff) aufweist, wobei die Streckgrenze Rp0,2 nach DIN EN ISO 6892-1 bei Raumtemperatur gemessen wird. ZI/ZI 230145WO 28. März 2024
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