Prozessinduzierter und erzwungener Strukturaufbau in der Elektrodenbeschichtung von Lithium‐Ionen Batterien

Grundvoraussetzung für eine erfolgreiche Umsetzung der Elektromobilität und der Energiewende sind hochentwickelte Speichertechnologien. Unter den Batteriespeichern dominieren die Lithium-Ionen Batterien. Entscheidend für die Batterieperformance sind insbesondere die Eigenschaften der verwendeten Elektroden. Nur durch das tiefe Verständnis der Elektroden-Fertigungsprozesse kann das volle elektrochemische Potential der Batteriematerialien
ausgeschöpft werden.

Die hier vorgestellte Arbeit umfasst zwei Schwerpunkte, die beide auf das Verständnis des Zusammenspiels zwischen Struktur und Elektroden- bzw. Zelleigenschaften abzielen. Zunächst wird auf die gezielte Steuerung der Elektrodenstruktur durch den Suspensionstrocknungsprozess eingegangen, bevor anschließend die gerichtete Strukturierung durch den Aufbau mehrschichtiger Kathoden betrachtet wird.

Bei der Trocknung von Anodensuspensionen zeigt sich, dass es in Abhängigkeit der Trocknungsbedingungen zu einer inhomogenen Entmischung, vornehmlich der Binder- und Rußkomponenten, kommt. Es wird eine Kenngröße definiert und ein Grenzwert ermittelt dessen Unterschreitung die detektierbare Entmischung verhindert.

Im Bereich der mehrschichtigen Kathoden wird gezeigt, dass die Aufbringung einer kohlenstoffbasierten Unterschicht zwischen Substrat und aktivmaterialhaltiger Beschichtung zur Verbesserung der elektrischen Kontaktierung beiträgt und sich Gradientenstrukturen zur deutlichen Steigerungder Entladekapazität eignen.