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Lithium-Ionen-Batterien

Lithium-Ionen-Batterien
Forschungsthema:Simultane Mehrlagenbeschichtung von Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien
Typ:Bachelorarbeit / Masterarbeit
Datum:ab sofort
Betreuer:

Diehm

Bearbeiter:zu vergeben

In Zukunft werden Stromspeicher zu immer wichtigeren Teil der Energiesysteme. Diese können als stationäre Speichersysteme die fluktuative Stromerzeugung als Solar und Windstrom ausgleichen sind aber auch in zentraler Baustein für die kommende E-Mobilität. Lithium-Ionen-Batterien werden auf Grund ihres vielversprechenden Potentials zunehmend für diese Speichersysteme eingesetzt bzw. eine Verwendung ist geplant. Auf diesem Weg sind noch weitere Verbesserungen vor allem hinsichtlich Energie- und Leistungsdichte aber insbesondere hinsichtlich der Produktionskosten möglich und notwendig. Neben der Materialentwicklung und -synthese hat auch die Optimierung des Herstellungsprozesses das Potential die Effizienz der gesamten Zelle entscheidend zu verbessern. Die Ausgangspasten sind dabei ein mindestens ternäres System aus dem Aktivmaterial, einem Polymerbinder, eventuell weiteren Additiven und einem Lösungsmittel. Durch die Flüssigphasenprozessierung bietet sich ein Beschichten der Elektroden im vordosierten Schlitzgießverfahren an. Die Vorteile des Schlitzgießens liegen in einem weiten einsetzbaren Viskositätsbereich sowie seiner Anordnung als geschlossenem und kontinuierlichem Prozessschritt. Im Hinblick auf die anwendungsorientierte Forschung überzeugt außerdem seine einfache Aufskalierbarkeit in den Produktionsmaßstab.


Abbildung 1: NMC Kathode auf Aluminiumableiterfolie im Rolle-zu-Rolle Produktionsprozess

Stand der Technik ist die Auftragung von einer homogenen Ausgangszusammensetzung auf die metallische Ableiterfolie. Es soll die simultane Mehrlagenauftragung von verschiedenen Materialzusammensetzungen (Aktivmatieral, Additiv, Lösemittelkonzentration) untersucht werden. Durch die Auswahl optimierter Materialien und Additiven soll die Leistung der Zweilagenelektrode im Vergleich zur Einlagenelektrode verbessert werden. Zur Untersuchung der Beschichtungsparameter steht ein sogenannter Development Coater zur Verfügung. Die aufgetragenen Filme können dabei in situ vermessen und analysiert werden. Die Unterscheidung der beiden Schichten kann mittels eines zugesetzten Tracer-Elementes erfolgen. 

 


Abbildung 3:Abbildung einer Strömungsform im Spalt zwischen Schlitzdüse und Substrat. 

 

Der Umfang der Arbeit entspricht einer Masterarbeit, lässt sich bei interessierten Studenten aber auch an eine Bachelorarbeit anpassen. Es wird angestrebt die gewonnenen Ergebnisse im Rahmen einer internationalen Veröffentlichung der Fachwelt vorzustellen.

 

Kontakt:

Dipl.-Ing. Ralf Diehm
Geb. 30.48, Zi. 120
Tel.: +49 721 608-46990
ralf.diehm@kit.edu