Joint project

Funder: German Research Foundation

Period: 2021-2024

URI: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/462470125

Detailed description: 
Dieses Projekt konzentriert sich auf die Entwicklung fortschrittlicher Kathodenkomposite für Festkörperbatterien (ASSBs), die herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) mit flüssigem Elektrolyt in Bezug auf Energiedichte, Sicherheit und Leistungsdichte überlegen sein sollen. Ein wesentlicher Aspekt dieses Vorhabens ist die Erforschung und Optimierung von heterogenen Aggregaten, die aus verschiedenen aktiven Materialien und Festelektrolyten bestehen. Diese Aggregate sind entscheidend für die Leistungsfähigkeit der ASSBs, da sie die Grundlage für den Ionentransport und die elektronische Leitfähigkeit innerhalb der Batterie bilden. Die geplanten Forschungsarbeiten umfassen sowohl experimentelle als auch simulative Ansätze, um ein tiefgreifendes Verständnis der Materialinteraktionen, der Mikrostruktur und der elektrochemischen Eigenschaften zu erlangen. Dies soll zu einer verbesserten Leistung und Zuverlässigkeit der ASSBs beitragen und letztendlich den Weg für deren kommerzielle Anwendung ebnen. Die Hauptziele des Projekts für die zweite Förderphase sind: 1. Untersuchung anwendungsrelevanter Materialsysteme: Es wird geplant, von dem ursprünglichen Modellsystem (LiFePO4, Li3InCl6, Kohlenstoffschwarz) zu anderen Materialsystemen überzugehen, die verschiedene Partikel-Partikel-Interaktionen aufweisen. Dies beinhaltet den Einsatz kostengünstigerer und ressourcenschonenderer Festelektrolyte wie Li2ZrCl6 und hochleistungsfähiger Materialkombinationen wie LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811) mit dem hochleitfähigen Schwefelfestelektrolyen Li6PS5Cl (LPSCl). 2. Untersuchung fortschrittlicher Mischdesigns und -prozesse: Die Forschung wird sich darauf konzentrieren, den Einfluss von Stresszahl und Stressintensität, z. B. durch Variation von Rotationsgeschwindigkeit, Mischzeit und Größe der Mahlkörper, auf die elektrochemische Leistung der ASSB-Vollzelle zu bewerten. Ziel ist es, Material-/Prozess-Struktur-Eigenschafts-Funktionen zu etablieren. 3. Simulation und Untersuchung von Stressmechanismen und resultierender Mikrostruktur: Es wird beabsichtigt, Simulations- und Experimentiermethoden zu kombinieren, um den Aufbau der heterogenen Aggregate zu verstehen und die Mikrostruktur mit den Ergebnissen der Simulationen zu verknüpfen. Dabei soll ein reproduzierbarer Referenzprozess für die wissenschaftliche Gemeinschaft etabliert werden. 4. Entwicklung eines 4-Phasen-Systems durch Hinzufügen eines Bindemittels und Skalierung der Produktion von Kathodenkompositen: Dies umfasst die direkte Trockenkalanderung und Zellenmontage, was durch das Hinzufügen eines Binders und die damit einhergehende mechanische Stabilität der Kathode möglich gemacht wird.