FB2-SAFE - Thermische Sicherheitsanalytik von sulfidischen Festkörperbatterien

Abstract

Im Teilvorhaben FB2-SAFE wurde die thermische Sicherheit sulfidischer Festkörperbatterien auf Materialebene untersucht. Im Fokus standen Li6PS5Cl (LPSCl) als Festelektrolyt und NCM82 als Kathodenaktivmaterial sowie deren Kathodenkomposite. Die thermische Stabilität von LPSCl hängt stark von Hersteller, Synthese, Partikelgröße und LiCl-Gehalt ab. Zur Bewertung wurde ein TGA/DSC-Protokoll mit wechselnder Atmosphäre etabliert. Feines LPSCl und erhöhte LiCl-Verunreinigungen verringern die Stabilität. Während beschichtetes NCM82 bis etwa 700 °C weitgehend stabil ist, reagieren NCM82/LPSCl-Komposite bereits ab etwa 300 °C; dabei entstehen unter anderem Li2S, Li2SO4 und Nickelsulfide. Die Degradationsprodukte wurden mittels Hochtemperatur- und Post-Mortem-XRD sowie XPS charakterisiert. Spezifische Wärmekapazitäten von LPSCl, Li5.5PS4.5Cl1.5 und NCM82 wurden im Bereich 203–803 K bestimmt; zusätzlich wurden Verbrennungsenthalpien und Stabilitätsgrenzen quantifiziert. Als kritischste Komponente für thermisches Durchgehen wurde der sulfidische Festelektrolyt identifiziert. Empfohlen werden gröbere LPSCl-Partikel (D50 ≥ 5 µm), geringe LiCl-Verunreinigungen und intakte NCM-Schutzschichten.