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Untersuchung des Pasteneinflusses auf das Beschichtungsverhalten von Lithium-Ionen Batterieelektroden

Untersuchung des Pasteneinflusses auf das Beschichtungsverhalten von Lithium-Ionen Batterieelektroden
Forschungsthema:Untersuchung des Pasteneinflusses auf das Beschichtungsverhalten von Lithium-Ionen Batterieelektroden
Typ:Diplom-/, Master oder Bachelorarbeit
Datum:abgeschlossen
Betreuer:

Dipl.-Ing. Boris Bitsch, Dipl.-Ing. Marcel Schmitt (TVT)

Die Lithium-Ionen-Batterie ist aufgrund ihrer Leistungskennwerte der Energiespeicher der Wahl für die Anwendung in Elektronikgeräten wie Smartphones, Laptops oder Navigationsgeräten. Um Lithium-Ionen Batterien auch für den Einsatz als stationäre Speicher elektrischen Stroms oder in der Elektromobilität zu nutzen sind weitere Optimierungen speziell bezüglich der Energie- und Leistungsdichte, den Produktionskosten und der Langzeitstabilität nötig. Hierbei hat neben der Entwicklung verbesserter Aktivmaterialien vor allem die Optimierung der Verfahrensschritte bei der Herstellung der Elektroden sehr großes Potential die Leistung und Sicherheit der Batterien zu verbessern. Bei der Herstellung von Elektroden wird eine aus vier Komponenten bestehende Paste (Lösungsmittel, Aktivmaterial, Leitfähigkeitsadditiv, Bindemittel) angemischt und anschließend auf eine metallische Folie beschichtet.

Im Beschichtungsschritt kann es speziell im Randbereich zu Effekten wie Randüberhöhungen oder unscharfen Kanten kommen, welche die Langlebigkeit der Zellen verschlechtern. Diese Effekte lassen sich nur teilweise durch angepasste Beschichtergeometrien unterdrücken und sind ursächlich auf die Fließeigenschaften der Pasten zurückführen. Mit Hilfe rheologischer Untersuchungen zum Fließverhalten von Elektrodenpasten sollen die Ursachen der Randeffekte systematisch herausgearbeitet werden. Hierzu sind durch eine systematische Variation der Pastenrezeptur verschiedene Pasten herzustellen und zu Elektrodenschichten  zu verarbeiten. Durch eine Analyse der Beschichtungsränder sollen die Einflüsse  der Pastenrezeptur auf Randeffekte ermittelt werden und mit rheologischen Daten der Pasten korreliert werden.

Die rheologischen Messungen sollen in der Gruppe Angewandte Mechanik (MVM) an diversen Testgeräten erfolgen. Die Beschichtungsversuche sind an einem bestehenden Versuchsaufbau im TFT-Beschichtungs- und Drucklabor der TFT-Arbeitsgruppe durchzuführen.

Aufgabenstellung:

1 )   1. Ermittlung der rheologischen Eigenschaften von Elektrodenpasten bei sinnvoller Pastenvariation

                                 i.            Scherrheologische Messungen

                               ii.            Oszillatorische Messungen

                              iii.            Messung von Normalspannungsdifferenzen und elastischen Eigenschaften

2)      2. Beschichtung ausgewählter Pasten am Beschichtungsstand der TFT-Arbeitsgruppe

3     3. Vergleich der Erkenntnisse aus den rheologischen Messungen mit den Ergebnissen der Beschichtungsversuch

       4. Schriftliche Ausarbeitung mit Diskussion der Ergebnisse