AiF-FV-Nummer 24683

Entwicklung eines innovativen Fertigungsverfahrens für Polymer-basierte Festelektrolyt Lithiumionen-Batterien

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Ausstehend

Forschungsstellen

Zusammenfassung

Herkömmliche Lithiumionen-Batterien basieren auf flüssigen Elektrolyten. Im Fall von Beschädi-gung, Überladung oder Überhitzung kann ein Brand des Akkus ausgelöst werden. Batterien auf Basis eines nicht-brennbaren Festelektrolyten gelten als aussichtsreiche. Neben der Erhöhung der Betriebssicherheit verspricht die Festelektrolyt-LIB je nach Zellaufbau Verbesserungen bei der Energiedichte und der Schnellladefähigkeit. Bei bisherigen Entwicklungsarbeiten bleibt die Zellleistung jedoch suboptimal und in der Regel kommen nur für den Labormaßstab geeignete Herstellungsverfahren zum Einsatz, die langsam und nicht hochskalierbar sind. Ziel des beantragten Vorhabens ist die Realisierung einer Festelektrolyt-LIB mit innovativer Zellarchitektur, deren Elektroden auf kommerziellen Anlagen für die Herstellung von LIB gefertigt werden können. Dabei sollen die Suspensionen für Kathode, Festelektrolyt und Anode direkt in einem Schritt mit Hilfe einer Dreifachschlitzdüse übereinander aufgebracht werden. Auf der Kathode soll Lithiumnickelcobaltmanganoxid eingesetzt werden und auf der Anode soll ein siliziumbasiertes Kompositmaterial (Si/C) zum Einsatz kommen. Mit seiner enormen Speicherkapazität hat Silizium entscheidende Vorteile gegenüber dem Standard-Anodenmaterial Graphit in herkömmlichen LIB. Im Rahmen des Vorhabens soll ein hybrider Polymerelektrolyt mit hoher ionischer Leitfähigkeit entwickelt werden. Zum Projektende soll eine anwendungsnahe Pouch-Zelle mit einer Anfangskapazität von etwa 170 mAh/g (Kathode) mit einem Kapazitätserhalt von 80 % nach 1000 Zyklen gezeigt werden. Von diesem Projekt können vor allem KMUs, die Batterien oder deren Komponenten herstellen, profitieren. Ein Nutzen des Vorhabens ist auch für Hersteller von Anlagen für die Batterieproduktionstechnik gegeben. Auch für Anbieter von Produkten und Lösungen für elektronische Messtechnik sowie Steuer- und Regelkomponenten für das Batterie-Management erschließen sich neue wirtschaftliche Chancen.