Lithium-Ionen-Akku mit hoher elektrochemischer Leistung und Sicherheit

Innerhalb des Projektes LiBEST wird eine Lithium-Ionen- bzw. Lithium-Metall-Batterie mit hoher Energiedichte, verbesserter kalendarischer Lebensdauer sowie erhöhter Betriebssicherheit für ein großes Spektrum an Betriebsbedingungen entwickelt, insbesondere durch technische Umsetzung sicherer Verwendung von Lithium-Metall bzw. Silicium/Graphit-(Si@G-)Anodenmaterialien anhand von Oberflächenmodifikation, Elektrodenstrukturierung bzw. optimierter Prozessierungsbedingungen.

Das Teilprojekt des MEET Batterieforschungszentrums konzentriert sich auf die Entwicklung stabiler Elektrolytsysteme für verschiedene betrachtete Batterietypen (Lithiummetall-Systeme und Silicium-basierte Anoden), während das Verständnis von Oberflächen- oder Grenzflächenreaktionen, die das Schicksal von Elektrolytbestandteilen widerspiegeln, und zugehörige mechanistische Details vertieft werden.

Das Lithium-Dendriten-Wachstum wird mittels in-situ-MRI/NMR-Analyse ortsaufgelöst charakterisiert, um neue Wege zur Materialoptimierung über verbesserte Oberflächen-beschichtungen, Elektrolytadditive und dergleichen zu ermöglichen. Darüber hinaus bestimmen Alterungseffekte oder Sicherheitsparameter von Zellen mit Elektrodenmaterialien, welche von Partnern gefertigt und mit optimierten Elektrolyten kombiniert werden, wichtige Rückmeldungen an die Projektpartner.

Das Hochdurchsatz-System (HTS) und die zugehörige Materialeigenschaftsdatenbank werden hierzu verwendet, um die Elektrolytzusammensetzung systematisch zu variieren und erhaltene Elektrolyte bezüglich Schlüsselwerten zu analysieren, was zur Identifizierung und später aufskalierten Herstellung von Elektrolytformulierungen mit verbesserter Stabilität und überlegenen Eigenschaften genutzt werden soll.

Alterungsphänomene und Sicherheitsanalysen neuartiger Elektrodenmaterialien, die verschiedene Batterietypen der Projektpartner widerspiegeln, werden vertiefend untersucht. Ergebnisse aus der in-situ-elektrochemischen-Dilatometrie werden mit komplementären in-situ-NMR/MRI-Daten kombiniert, um mögliche Mechanismen des Materialabbaus zu etablieren. Darüber hinaus wird die Stabilität künstlicher Beschichtungen auf Anodenmaterialien mit in-situ-GC/MS untersucht, um mögliche gasförmige Abbauprodukte oder Einflüsse aufgetragener Beschichtungen auf die SEI-Bildung zu identifizieren. Meistversprechende Elektrolyt- und Materialkombinationen, die während des gesamten Projekts identifiziert wurden, werden bezüglich ihrer Sicherheit untersucht.