lithium-ion batteries

  • Forschungsthema:Untersuchung der Beschichtung von LIB-Elektroden
  • Typ:Diplomarbeit
  • Datum:abgeschlossen 11/2013
  • Betreuung:

    Schmitt

  • Bearbeitung:Susanne Unger
  • Lithium-Ionen-Batterien werden auf Grund ihres vielversprechenden Potentials zunehmend für Elektromobilitätsanwendungen eingesetzt bzw. eine Verwendung ist geplant. Auf diesem Weg sind noch weitere Verbesserungen vor allem hinsichtlich Energie- und Leistungsdichte, Produktionskosten und Langzeitstabilität 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 (Abbildung 1) 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.

     

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    Abbildung 1: Auftrag von Elektrodenpaste im Schlitzguß auf einer Versuchsanlage im TFT-Beschichtungs- und Drucklabor.

    Gerade im Randbereich des nassen Films kann es bei der Beschichtung jedoch zu Effekten wie Randüberhöhungen oder unscharfen Kanten kommen. Im Rahmen einer Studien- oder Diplomarbeit sollen die Randprofile mittels eines 2D-Lasersystems (Abbildung 2) in Abhängigkeit der Prozessparameter aufgenommen werden. Es werden dabei gezielt die Düsengeometrien sowie die Pasteneigenschaften variiert und deren Einfluss untersucht. Nach einer Optimierungsstudie sollen die Ergebnisse mit Literaturmodellen verglichen und diese gegebenen Falls erweitert werden.

    Im Auftragen mehrerer unterschiedlicher Schichten, mit einer speziellen Beschichtungsdüse (Abbildung 3), zu einer Elektrode liegt unter anderem eine Möglichkeit die Energiedichte der Batterien zu steigern. Im Rahmen dieser Arbeit sollen weiterhin, bisherige Ergebnisse zur Anwendbarkeit verschiedener Filmabrisskriterien aus der Literatur überprüft und erweitert werden.

    Abschließend soll eine Modellbildung die bisherigen Forschungsergebnisse für eine mögliche Veröffentlichung auf diesem Gebiet zusammenfassen. Genutzt wird für die Versuche ein bestehender Versuchsaufbau im TFT-Beschichtungs- und Drucklabor.

     

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    Abbildung 2: Zweidimensionaler Lasersensor zur Bestimmung von Oberflächenprofilen von LIB-Beschichtungen.

     

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    Abbildung 3: Eigenentwickelter Schlitzgießer zur Multilagen-LIB-Beschichtungen.