Die Speicherung von Energie in Li-Ion-Batterien ist die Grundlage für die Etablierung zentraler Zukunftsthemen, wie bspw. der Elektromobilität oder von mobilen Geräten mit 5G-Technologie. Eine wesentliche Anforderung in diesen Anwendungsfeldern ist die Steigerung der Energiedichte der Batteriezellen, die jedoch mit Herausforderungen zur Einhaltung der Sicherheitsrichtlinien einhergeht. Daher gilt es innovative Technologien zu entwickeln, die unter Berücksichtigung der ökologischen und ökonomischen Aspekte die Sicherheit von LIB der aktuellen und der nächsten Generationen verbessern und bestenfalls direkt zu einer Steigerung der Energiedichte beitragen.
In PolySafe sollen Prozesse und Herstellungsverfahren für die Nutzung der neuen Technologie der Metall-Polymer-Komposit-Stromkollektoren entwickelt werden, die genau dieses Potential besitzt und die Limitierungen der aktuell kommerziell etablierten reinen Metall-Stromkollektoren überwindet. Sie besitzen aufgrund der geringeren Dichte einen Gewichtsvorteil gegenüber einer Metallfolie gleicher Dicke. Weiterhin kann die Abscheidung der Metallschicht exakt in der für die elektronische und thermische Leitfähigkeit notwendigen Dicke erfolgen und damit an das Zelldesign angepasst werden. Damit erlaubt die Kombination von Metallschicht und Polymersubstrat sowohl Gewichts-/Dickenvorteile als auch den sparsamen Einsatz von Materialressourcen. Zusätzlich kann der Metall-Polymer-Komposit-Stromkollektor eine intrinsische Sicherheitsfunktion ermöglichen, indem das Polymer bei einem internen Kurzschluss erweicht bzw. schmilzt, dadurch der elektronische Leitpfad zerstört wird, was letztendlich das Ereignis lokal begrenzt und das thermische Durchgehen der gesamten Zelle verhindert.
Das Ziel des Projektes ist es zunächst, prozessrelevante Materialeigenschaften zur Auslegung von Fertigungsprozessen zu bestimmen. Dies ermöglicht es klare Anforderungen an den Komposit-Stromollektor zu stellen. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Entwicklung eines angepassten Kontaktierungsprozesses für die Metall-Polymer-Komposit-Stromkollektorfolie, der dem isolierenden Polymersubstrat Rechnung trägt. Dies gilt sowohl für die Kontaktierung in konventionellen Li-Ion Pouchzellen als auch für zukünftige Next-Generation-Zellen.
Projektinformationen
Bundesministerium für Bildung und Forschung
Projektpartner
