Entwicklung der Herstellungstechnologie einer gewebebasierten dreidimensionalen Silicium-Elektrode für Lithium-Ionen-Zellen und deren Charakterisierung

Das Ziel von 3D-Si-Elektrode ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung mechanisch und strukturell stabiler gewebebasierter dreidimensionaler Silicium-Anoden für aufladbare Lithium-Ionen-Batterien (LIB), die zu einer deutlichen, nachhaltig wirksamen Lebensdauerverlängerung und Zyklenstabilität solcher LIB führen. Die volumetrische bzw. gravimetrische Speicherkapazität der Zellen soll um den Faktor 2 bis 4 verbessert werden, bei gleichzeitiger Reduktion des Rohstoffs Kupfer um den Faktor 6 bis 10 und der Verwendung der heimischen Ressourcen/Rohstoffe Glas, Kohlenstoff und Silicium. Dies führt insgesamt zu einer effizienteren, ressourcenschonenden und nachhaltigen Batterietechnologie.

Grundlage ist eine vom Verbundkoordinator patentierte Technologie zur Herstellung von Stromkollektoren, die um die Siliciumbeschichtung mittels chemischer Gasphasenabscheidung und einer speziellen Methode der Kathodenzerstäubung erweitert werden soll. Das angestrebte Verfahren soll ferner unter Einbeziehung bereits existierender “Rolle-zu-Rolle”-(R2R)-Vakuum-Beschichtungsverfahren für Stromkollektoren eine Vorproduktionsreife erlangen.

Die elfolion bezieht maßgefertigte Gewebe von nationalen Lieferanten und fertigt daraus Stromkollektoren sowie Elektroden. Die Komponenten werden dann von der TUBAF individuell und als assemblierte Halb- und Vollzellen im Labor charakterisiert. Es werden die mechanischen, strukturphysikalischen und elektrochemischen Eigenschaften auf Kollektor-, Elektroden- und Zell-Ebene charakterisiert und daraus Mikrostruktur-Eigenschaft-Korrelationen sowie Designvorschläge und Prozessierungsparameter für die Kooperationspartner abgeleitet. Die VARTA Microbattery integriert und testet die wissenschaftlichen Ergebnisse in industrienahen Benchmarksystemen. Damit wird eine Wertschöpfungskette in Deutschland etabliert.

Quelle: https://tu-freiberg.de/fakultaet2/exphys/verbindungshalbleiter-und-festkoerperspektroskopie/arbeitsgruppe/projekte (jüngster Zugriff: 08.08.2024)