MWK Niedersachsen - ZN2783

Graduiertenkolleg Energiespeicher und Elektromobilität Niedersachsen (GEENI)

Arbeitsgruppe:  Mikrofügen und Elektromobilität
Ansprechpartner: Mario Wagner
Projektträger:  MWK Niedersachsen – ZN2783
Laufzeit: 01.07.2012 bis 30.06.2016

Projektpartner

Die Projektbearbeitung erfolgt gemeinsam mit insgesamt 31 Doktoranden, Post-Docs und assoziierten Partnern der folgenden Universitäten und Hochschulen: TU Braunschweig, TU Clausthal, Georg-August-Universität Göttingen, Hochschule für angewandte Wissenschaften und Kunst Göttingen, Leibniz Universität Hannover, Westfälische Wilhelms-Universität Münster und Carl von Ossietzky Universität Oldenburg.

Beschreibung

Das Graduiertenkolleg Energiespeicher und Elektromobilität Niedersachsen widmet sich übergreifend der Frage, wie Mobilität ohne fossile Brennstoffe gewährleistet werden kann. Im Speziellen wird die Herausforderung angegangen, durch neue oder weiter entwickelte präparative, analytische und numerische Methoden auf unterschiedlichen Größenskalen das Verständnis über die Vorgänge in Lithium-Ionen-Batterien deutlich zu verbessern und darauf aufbauend dieses Batteriesystem auf unterschiedlichen Ebenen weiter zu entwickeln.

Im Projekt ist das Institut für Füge- und Schweißtechnik (ifs) als assoziierter Partner beteiligt. Das ifs hat sich im Graduiertenkolleg GEENI zum Ziel gesetzt, alternative Bindersysteme für die Beschichtung von Elektrodenfolien zu entwickeln und zu untersuchen.

Die metallischen Stromsammlerfolien werden mit verschiedenen Beschichtungen versehen, die wesentlich für eine maximale Energiedichte, Zyklisierbarkeit, Lebensdauer und Zuverlässigkeit sind. Dabei kommt der Zusammensetzung und der prozesstechnischen Verarbeitung dieser Beschichtungen eine besondere Bedeutung zu.

Die gegenwärtig verwendeten Materialien zur Beschichtung, wie Polyvinylidenfluorid (PVdF), beinhalten oft stark gesundheitsschädliche, oder umweltgefährdende Stoffe. Ein Beispiel ist das Lösungsmittel N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP), welches die Viskosität des Binders und somit die Verarbeitungsmöglichkeiten beim Schichtauftrag beeinflusst. Der Binder ist praktisch ein Klebstoff, mit dem die Aktivmaterialien, wie Graphit oder Lithium-Kobaltoxid, zugänglich für den Elektrolyten, eingebettet werden. Seine weitere Aufgabe ist  die mechanische und elektrisch leitende Verbindung der Aktivmaterialien mit den als Stromsammler verwendeten Metallfolien.

Die vom ifs zu entwickelnde alternative Beschichtungstechnologie soll frei von Lösemittelemissionen sein und bei verbesserter Leitfähigkeit eine größere Beanspruchbarkeit des Verbundes sicherstellen. Dazu sollen insbesondere reaktive Binder zum Einsatz kommen. Im Rahmen von GEENI werden unterschiedliche Epoxidharz-, Acrylat-, Polyurethan- und Kautschuksysteme untersucht, zu denen am Institut für Füge- und Schweißtechnik bezüglich Formulierung, Eigenschaften und Verarbeitung vielfältige Erfahrungen vorliegen. Die Herausforderung für den Einsatz der alternativen Klebstoffe als Binder besteht darin, eine ausreichende Haftung des Schichtverbundes auf dem Elektrodensubstrat (z. B. Aluminium) ebenso sicherstellen, wie die Integrität der Schicht selbst. Im Projekt wird ein größerer Spielraum bezüglich der verfahrenstechnischen Grenzen, wie Schichtdicken oder Prozesszeiten angestrebt.

Die zu untersuchenden Fragestellungen sind neben der Charakterisierung und Auswahl geeigneter Bindermaterialien die Prozessierbarkeit in industriellen Fertigungsabläufen, wie Mischbarkeit mit dem Elektrodenmaterial, Haftung auf dem Elektrodensubstrat, Chemikalienbeständigkeit und elektrische bzw. ionische Leitfähigkeit. Je nach ausgewähltem Bindersystem müssen geeignete Härtungsverfahren und zur Gewährleistung einer guten Haftung Fragen der Oberflächenbehandlung sowohl des Elektrodensubstrates als auch der Partikel betrachtet werden. Hier ist das Ziel, ein vorzeitiges Altern der Zelle durch Delamination zu unterbinden, indem eine geeignete Oberflächenvorbehandlung, beispielsweise durch Plasma, Primer oder Laser erfolgt.

Durch die Substitution der giftigen Chemikalien und eine weniger aufwändige Verfahrenstechnik werden Kosteneinsparungen und eine deutliche Verringerung der Gesundheits- und Umweltrisiken erwartet.

Förderhinweis

Das Graduiertenkolleg "GEENI" mit dem Förderkennzeichen ZN2783 wird vom Niedersächsischen Ministerium für Wissenschaft und Kultur (NMWK) gefördert.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Mario Wagner Mario Wagner
Dipl.-Ing.

+49 531 391 955 91
mario.wagner@tu-braunschweig.de

ifs - Report

Institutsbroschüre

Die ifs Broschüre zum Download