FNR 22026414

Entwicklung von epoxid-basierten Bindern auf Basis nachwachsender Rohstoffe für den Einsatz in Lithium-Ionen-Batterien

Arbeitsgruppe:         Kleben und mechanisches Fügen

Ansprechpartner:     Dipl.-Chem. Elisabeth Stammen     Telefon: +49 (0)241 963 2706

Projektträger:           FNR 22026414

Laufzeit:                   01.11.2015- 31.10.2018

Beschreibung

Um die Performance einer Li-Ionen-Batterie sowie ihre Ökobilanz zu verbessern, wird in diesem Projekt die Entwicklung alternativer Bindermaterialien aus nachwachsenden Rohstoffen angestrebt. Dieser häufig in seinem Einfluss unterschätzte Bestandteil von Li-Ionen-Zellen besteht derzeit typischerweise aus Polyvinylidenfluorid (PVdF), das während des Herstellungsprozesses in großen Mengen in N‑Methyl-2-pyrrolidon (NMP) gelöst wird. Nachteile dieses Bindersystems sind neben dem hohen Preis das gesundheitsgefährdende, giftige und krebserregende Lösemittel, welches eine aufwändige Verfahrenstechnik und umfangreiche Sicherheits- und Zulassungsmaßnahmen notwendig macht. Darüber hinaus haben sich bislang die geringe Haftung zum Elektrodensubstrat und die geringe Elastizität als nachteilig erweisen, wodurch Delamination und Rissbildung in der Elektrodenfolie entstehen. Die Vermeidung von giftigen Lösemitteln, die Verbesserung der Haftung wie auch der Elastizität sind durch den Einsatz von geeigneten Klebstoffsystemen möglich. Grundsätzliche Vorteile dieser Klebstoffsysteme sind die gute Haftung zu unterschiedlichen Substraten und die über die Formulierung in weiten Bereichen einstellbare Elastizität.

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines epoxid-basierten Bindemittelsystems auf Basis nachwachsender Rohstoffe für den Einsatz in Lithium-Ionen-Batterien. Als Rohstoffe werden biobasierte ungesättigte Verbindungen wie Öle oder Fette und kurzkettige biobasierte ungesättigte Polyester eingesetzt bzw. entwickelt und anschließend epoxidiert. Durch Wahl der eingesetzten Monomere und Herstellungsverfahren werden die neuen Epoxidharze hinsichtlich Festigkeit, Porosität und der elektrischen Eigenschaften speziell für Anwendungen in Li-Ionen-Batterien optimiert. Das Thünen-Institut ist für die Entwicklung der Epoxidklebstoffkomponenten auf Basis nachwachsender Rohstoffe verantwortlich und führt die damit verbundenen Synthese- und Charakterisierungsarbeiten durch. Das Institut für Füge- und Schweißtechnik wird in diesem Vorhaben aufgrund der Kompetenzen im klebtechnischen Bereich die Analytik der für einen Klebstoff charakteristischen Eigenschaften vornehmen und in enger Zusammenarbeit mit dem Thünen-Institut die Epoxid-Binder modifizieren. Die Einarbeitung des Aktivmaterials, Vorversuche zur Herstellung von Elektrodenfolien sowie die Bestimmung der Eigenschaften der Batteriezellen werden ebenfalls am ifs durchgeführt. Diese Vorversuche werden von der Custom Cells Itzehoe GmbH begleitet, die ausgehend von den optimierten Bindern und Rezepturen und den Ergebnissen der Charakterisierungen die Laborprozesse in ein industriell realisierbares Verarbeitungskonzept (Scale -Up ) überführt.

Förderhinweis

Das FNR-Vorhaben 22026414 wurde im Rahmen des Förderprogramms „Nachwachsende Rohstoffe“ vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft aufgrund des Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Ansprechpartner

Dipl.-Chem. Elisabeth Stammen Elisabeth Stammen
Dipl.-Chem.

+49 241 963 2706
e.stammen@tu-braunschweig.de

ifs - Report

Institutsbroschüre

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