ALANO - Alternative Anodenkonzepte für sichere Feststoffbatterien

Abstract

Das übergeordnete Ziel von ALANO bestand darin, Feststoffbatterien mit einer Lithium-Metall-Anode zu entwickeln. In Lithium-Ionen-Batterien ist die Anode hinsichtlich Energiedichte und Sicherheit der limitierende Faktor, bspw. weist das vorwiegend genutzte Anodenmaterial Graphit eine Kapazität von 372 mAh/g bzw. 719 mAh/cm³ auf. Eine Lithium-Metall-Anode hat indes eine theoretische Kapazität von 3860 mAh/g bzw. 2061 mAh/cm³. Deshalb sollten zur Entwicklung einer neuen, revolutionären Batterietechnologie im Rahmen von ALANO unterschiedliche Anodenkonzepte bewertet und verbessert werden, deren Anwendung demonstriert und ihr Industrialisierungspotential aufgezeigt werden. ARLANXEO war hauptsächlich an zwei verschiedenen Teilvorhaben beteiligt. I) Es sollten Polymere für Lithium-Pulver-Anoden entwickelt werden. Hierbei wird gefordert, dass diese Polymere mechanisch flexibel sind, um die auftretenden Volumenänderungen zu kompensieren, eine gute Adhäsion zum Stromabnehmer und zu den pulverförmigen Komponenten (Lithium, Leitfähigkeitsadditive) aufweisen, chemisch und elektrochemisch inert sind und in apolaren Lösungsmitteln löslich sind. II) Es sollten Polymere für die Kathode sowie für den Festelektrolytseparator identifiziert und vielversprechende Materialien modifiziert werden. Diese Polymere müssen in Lösungsmitteln gelöst werden können, die mit dem Festelektrolyten kompatibel sind. Außerdem müssen die Polymere elektrochemisch stabil sein. Ferner sollen die Polymere zu einer hinreichend hohen Haftkraft in den genannten Komponenten sorgen und eine ausreichende Flexibilität aufweisen. Im Rahmen von I) wurden unterschiedliche Polymere für das Anodenkonzept „Lithium-Pulver-Anode“ evaluiert. Hierbei wurde Styrol-Butadien-Kautschuk als vielversprechendste Kautschukklasse identifiziert. In II) wurde das Konzept „Verwendung von Polymermischungen“ für Festelektrolytseparatoren entwickelt und als vielversprechendste Lösung identifiziert. Im Gegensatz zu Separatoren mit „nur einem Polymer“ konnten hierbei die Anforderungen an Separatoren erfüllt und die Eigenschaften der jeweiligen Polymere ausbalanciert werden.