Elektrodenmaterialien

Herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien enthalten Grafit als Anodenmaterial. Grafit bildet ein stabiles Gerüst für die Einlagerung von Lithium-Ionen, nimmt dafür aber viel Gewicht und Volumen der Batteriezelle in Anspruch. Mittels dünner Schichten aus metallischem Lithium oder auch Silizium lassen sich Anoden realisieren, die durch ihre höhere spezifische Kapazität einen deutlichen Sprung in der Energiedichte ermöglichen.

In diesem Schwerpunkt werden am EBZ Dresden neue Methoden zur Herstellung und Verarbeitung von Lithium-Metall- und Silizium-Anoden entwickelt. Durch die Anpassung der Mikrostruktur soll die Langlebigkeit erhöht und die Ladezustands-abhängigen Volumenänderungen minimiert werden. Durch diese Schlüsselkomponente soll eine Energiedichtesteigerung von über 65 % auf Zellebene gelingen.

Herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien enthalten Grafit-basierte Anoden und NCM-basierte Kathoden. Zur Realisierung disruptiver Anodentechnologien wie Li-Metall und Siliziumanoden, die durch ihre höhere spezifische Kapazität einen deutlichen Sprung in der Energiedichte ermöglichen, werden spezifisch angepasste Kathodensysteme benötigt.

In diesem Schwerpunkt werden am EBZ Dresden innovative, auf die strukturmechanischen Eigenschaften von Lithium-Metall- und Silizium-Anoden angepasste Kathoden auf Basis von Ni-reichen NCM Werkstoffen und Schwefel/Kohlenstoffkompositen entwickelt. Durch die Anpassung der Partikelmorphologie, Binder- und Leitadditivzusammensetzung sowie der modellgestützten Optimierung der Mikrostruktur sollen die Ladezustands-abhängigen Volumenänderungen auf Zellebene minimiert und damit Energiedichte und Langlebigkeit signifikant erhöht werden. Die entwickelten Kathodensysteme und entsprechende Schlickerrezepturen werden ausgehend von Tischrakelversuchen auf eine Rolle-zu-Rolle-Anlage skaliert, um die Herstellung großformatiger Zellen zu ermöglichen.