LeiKonBin

Über das Projekt

Wegen ihrer hohen Energie- sowie Leistungsdichte, ihres geringen Gewichts und einer hohen Zyklusstabilität werden Lithium-Ionen-Batterien immer wichtiger im Bereich der Elektromobilität und in der stationären Speicherung von elektrischer Energie. Derzeitige Forschung zielt darauf ab, die elektrischen, ökologischen und ökonomischen Eigenschaften der Zelle zu verbessern. Ein Schlüsselaspekt sind Klebstoffe in der Batteriefertigung.

Bei der Herstellung werden üblicherweise Aktivmaterialien, Ruß und Grafit, die für die elektrochemische Energiespeicherung und -übertragung verantwortlich sind, mit einem Bindemittel und einem Lösungsmittel verarbeitet und auf die Batteriefolie als dünne Beschichtungen aufgebracht. Das aktuell verwendete Bindemittel, das für die Kathode verwendet wird, basiert auf dem halogenhaltigen Polyvinylidenfluorid, dass in N-Methyl-2-pyrrolidon gelöst wird. Das Lösemittel hat reproduktionstoxische Wirkung und wird von der European Chemicals Agency als besonders besorgniserregend eingestuft. Aus Gründen der Arbeitssicherheit und des Umweltschutzes müssen daher bei seiner Verwendung sehr hohe Auflagen bei der Elektrodentrocknung und dem Recycling erfüllt werden.

Ziel des Projektes LeiKonBin ist es, die halogenhaltigen Binder durch biobasierte Epoxidharze zu ersetzen, die Leitfähigkeit durch leitfähige Polymere zu erhöhen, das reproduktionstoxische Lösemittel durch ein gesundheitsunbedenkliches Lösemittel zu ersetzen und gleichzeitig die Performance der Lithium-Ionen-Batterie zu verbessern. Dazu wurden die Epoxidharze systematisch vorpolymerisiert und bei der Herstellung der Suspensionen unterschiedliche Mischverfahren herangezogen. Die leitfähigen Polymere wurden auf die Oberfläche der Aktivmaterialien aufgebracht und in die Suspension eingearbeitet. Dabei konnte eine Steigerung der elektrochemischen Performance gegenüber der Rezeptur ohne oberflächenmodifiziertem Aktivmaterial erreicht werden.

Ein weiteres Ziel von LeiKonBin ist es, den Einsatz von leitfähigen Bindern als alternative Kontaktierungstechnologie auf Eignung zu prüfen, da beim Fügen der flächigen Ableiter und Kontaktfahnen von Zelle zu Zelle häufig Schweißverfahren eingesetzt werden, die beim Fügen von unterschiedlichen Materialien, wie Kupfer und Aluminium, nur bedingt geeignet sind. In LeiKonBin wurde die Kontaktierung der Ableiterfolien durch das Kleben als alternatives Fügeverfahren evaluiert. Im Laufe des Projektes wurden alternative Binder und leitfähige Polymere so gewählt, dass die nachfolgenden Produktionsschritte in der Prozesskette sowie die Leistungsfähigkeit der Batterie nicht negativ beeinträchtigt werden. Dazu wurden ausgewählte Klebstoffe systematisch im Rahmen der chemischen, thermischen und elektrochemischen Untersuchungen bewertet. Es konnte gezeigt werden, dass 1K-Epoxide gegenüber 2K-Epoxiden gut zu handhaben sind und die Haftung sowie elektrische Widerstände gegenüber ultraschallgeschweißten Proben konkurrenzfähig sind. Silbergefüllte Epoxidharze erzielten vergleichbare Ergebnisse zu den ultraschallgeschweißten Proben, während Grafit/Ruß/Nanotubes höhere elektrische Widerstände aufwiesen bei gleich guter Haftung.

Der Abschlussbericht ist auf Anfrage erhältlich.