SUSTRAB - Sustainable and transparent battery materials value chains for a circular battery economy

Abstract

Ziel des SUSTRAB-Projekts war es, die Ressourceneffizienz und Transparenz bezüglich der Rohstoffe für Kathodenmaterialien auf Grundlage der Prinzipien einer zirkulären Wirtschaft zu erhöhen. Um dies zu erreichen, ist die Nutzung von primären Rohstoffen (aus verschiedenen Quellen) und Sekundärrohstoffen, insbesondere für Kobalt und Nickel, wichtig. Darüber hinaus ist ein Schlüsselfaktor, das Wechselspiel zwischen deren Einsatz und der Leistungsfähigkeit der resultierenden Batterien zu verstehen. In diesem Zusammenhang übernahm BELLA die Analyse der grundlegenden Eigenschaften nickelreicher Kathodenaktivmaterialien [Li(Ni1−x−yCoxMny)O2, NCM] basierend auf primären und sekundären Rohstoffen. Die Materialien wurden auf ihre strukturellen und physikochemischen Eigenschaften und ihre jeweiligen Unterschiede hin untersucht. Ein weiteres Ziel bestand darin, verschiedene Parameter während des Batteriebetriebs durch in situ-Messungen der Kristallstruktur, der akustischen Emission und der Gasentwicklung zu bestimmen. Darüber hinaus wurden post-mortem-Untersuchungen durchgeführt, um Veränderungen von Oberfläche und Morphologie, welche durch die Zyklisierung entstehen, zu erfassen. In Arbeitspaket 1 wurden, in Zusammenarbeit mit BASF, nickelreiche NCM-Kathodenaktivmaterialien aus Mischungen von Rohstoffen verschiedener Quellen hergestellt und auf ihre Eigenschaften hin untersucht. Insbesondere in den Unterarbeitspaketen 1.2 und 1.3 trug BELLA zur Analyse hinsichtlich Kristallstruktur, Morphologie, Oberflächenchemie und Energiespeicherfähigkeit bei. Arbeitspaket 2 wurde gemeinsam mit dem Institut für Partikeltechnik der Technischen Universität Braunschweig (iPAT) bearbeitet, wobei BELLA in Unterarbeitspaket 2.3 eine Auswahl von Elektroden mittels operando- und post-mortem-Methoden untersuchte, um eine iterative Anpassung von Synthese- und Verarbeitungsparametern basierend auf diesen Daten zu ermöglichen.