MaSSiF - Materialinnovationen für Schwefel-Silizium-Festkörperbatterien: Design, Aufbau und Bewertung von Prototypzellen; in der Förderinitiative Batterie 2020 (Transfer)

Abstract

Das Verbundvorhaben MaSSiF adressierte die Entwicklung eines neuen Zellkonzepts für leistungsfähige Schwefel-Silizium-Festkörperbatterien. Ziel war es, Schwefel- bzw. Li2S-basierte Kathoden, sulfidische Festelektrolyte und siliziumbasierte Anodenmaterialien zu prototypischen Zellen zusammenzuführen und damit eine hohe spezifische Energie bei verbesserter Lebensdauer zu ermöglichen. Im Verbund arbeiteten industrielle Materialhersteller (AMG Lithium, Schunk, WACKER) und Forschungseinrichtungen (Fraunhofer IWS, Fraunhofer IFAM, WWU Münster) entlang der gesamten Prozesskette von der Materialentwicklung über die Komponentenfertigung bis zur Zellbewertung zusammen. Der Schwerpunkt des WACKER-Teilvorhabens lag auf der Entwicklung, Bereitstellung und Bewertung mikroskaliger Silizium-Aktivmaterialien für Si-dominante Kompositanoden. Dazu wurden Si-Pulver mit unterschiedlichen Partikelgrößenverteilungen, Dispersitäten, Ausgangsqualitäten und Oberflächeneigenschaften hergestellt, durch Sichten, Tempern und Kohlenstoffbeschichtung modifiziert und den Projektpartnern als Pulver sowie in Form von Elektroden zur Verfügung gestellt. Ergänzend übernahm WACKER mechanische Untersuchungen an ausgewählten Kohlenstoffmaterialien. Die Arbeiten zeigten, dass geeignete µm-Si-Materialien für Si-dominante Anoden eingesetzt werden können; das anodenbezogene Meilensteinkriterium von mindestens 1.000 mAh/g bei mindestens 50 Gew.-% Aktivmaterialanteil wurde deutlich übertroffen. Damit leistete WACKER einen wesentlichen Beitrag zur Material- und Elektrodenentwicklung sowie zur Bewertung des angestrebten Schwefel-Silizium-Festkörperzellkonzepts.