SoLiS - Entwicklung von Lithium-Schwefel Feststoffbatterien in mehrlagigen Pouchzellen

Abstract

Die Untersuchung und Optimierung von Lithium-Schwefel-Kathoden für Feststoffbatterien ist ein essenzieller Schritt auf dem Weg zur Kommerzialisierung. Insbesondere die Prozessierung der Einzelkomponenten und die Untersuchung von Einflüssen auf die Mikrostruktur der Kathode stellen wichtige Punkte auf dem Weg zu ersten Demonstratorzellen dar. Im Rahmen dieses Projekts konnte der Einfluss verschiedener Vorprozessierungsmethoden von Kohlenstoff-Schwefel-Kompositen sowie der Einfluss der Wahl des Kohlenstoffs bzw. seiner Vorbehandlung eingehend untersucht werden. Auf Basis dieser Ergebnisse konnten geeignete Kohlenstoffe sowie eine optimierte Vorprozessierung durch Heißkneten identifiziert werden, die die Zyklen- und Ratenstabilität der resultierenden untersucht wurden, konnten im Rahmen der Arbeiten keine eindeutigen Systematiken identifiziert werden, die eine gezieltere Auswahl erlauben. Ebenso konnte eine Strategie entwickelt werden, um den verbreiteten, teuren Ansatz der Nutzung von komplex strukturierten Kohlenstoffen zu umgehen, indem Mischungen morphologisch unterschiedlicher Kohlenstoffe angewendet werden. Dies führt zu deutlich geringeren Kapazitätsverlusten mit steigender Zyklenzahl. Die Prozessierung von Kathoden über Lösungsmittelinfiltration während unterschiedlicher Prozessschritte wurde als ungeeignet bewertet, da auf jedem getesteten Weg Einzelkomponenten des Komposits gelöst und rekristallisiert werden, was zu Kontaktverlusten, reduzierter Leitfähigkeit und weniger nutzbarem Aktivmaterial führt. Jedoch konnte ein alternatives, mehrschrittiges Konzept entwickelt werden, das vielversprechende Ergebnisse zeigte, um den Weg zu optimierten Mischverhältnissen bzw. höherem Aktivmaterialanteil im Kathodenkomposit zu ebnen. Alle erhaltenen Ergebnisse kumulierten in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern im erfolgreichen Bau einer Pouch-Demonstratorzelle.