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Untersuchung des Rezeptureinflusses von innovativen Elektrodenpasten für Lithium-Ionen Batterien auf die Leitfähigkeit und Strukturbildung in Elektrodenschichten

Untersuchung des Rezeptureinflusses von innovativen Elektrodenpasten für Lithium-Ionen Batterien auf die Leitfähigkeit und Strukturbildung in Elektrodenschichten
Forschungsthema:Untersuchung des Rezeptureinflusses von innovativen Elektrodenpasten für Lithium-Ionen Batterien auf die Leitfähigkeit und Strukturbildung in Elektrodenschichten
Typ:Bachelor-, Studien-, Diplomarbeit
Datum:abgeschlossen
Betreuer:

Dipl.-Ing. Boris Bitsch

In Elektronikgeräten wie Smartphones, Laptops oder Navigationsgeräten werden Lithium-Ionen-Batterien aufgrund überlegener Leistungskennwerte standardmäßig als Energiespeicher eingesetzt. Um Lithium-Ionen Batterien auch die Tauglichkeit für die Anwendung in elektrischen Fahrzeugen oder als stationäre Speicher für elektrischen Strom geben können, sind weitere Optimierungen speziell bezüglich der Energie- und Leistungsdichte, den Produktionskosten und der Langzeitstabilität nötig. Hierbei hat neben dem Einsatz verbesserter Aktivmaterialien und der Optimierung der Verfahrensschritte bei der Elektrodenherstellung vor allem die Entwicklung innovativer Pastenkonzepte sehr großes Potential die Leistungsfähigkeit und Sicherheit der Batterien zu steigern.

Mit Hilfe des Konzepts von Kapillarsuspensionen lassen sich neuartige wässrige Pasten mit gesteigerten Aktivmaterialanteilen und verbesserten Verarbeitungseigenschaften herstellen. Durch Zugabe einer zweiten, in Wasser unlöslichen Flüssigkeit bildet sich ein auf Kapillarbrücken beruhendes Partikelnetzwerk aus, das zu Vorteilen in der Beschichtung führt. Die hinzugegebene Zweitflüssigkeit verdampft im Trocknungsschritt nach der Beschichtung und bleibt nicht in der Elektrode zurück, weshalb sich höhere Aktivmaterialanteile mit diesem Pastenkonzept realisieren lassen.

Im Zuge der hier ausgeschriebenen Arbeit soll die Leitfähigkeit von auf Kapillarsuspensionen basierenden, getrockneten Anodenschichten systematisch untersucht werden. Ein Messaufbau zur Leitfähigkeit von dünnen Schichten ist am Institut vorhanden. Darüber hinaus soll die aufgrund von Kapillarbrücken einsetzende Strukturbildung an den Schichten mittels Rasterelektronenmikroskop-Aufnahmen untersucht werden. Ziel ist es die gewonnen Erkenntnisse aus Leitfähigkeitsmessungen mit den Ergebnissen der Strukturbildung sowie den Fließeigenschaften der Pasten zu korrelieren. 

Aufgabenstellung:

  1. Herstellung von Elektrodenpasten auf Basis von Kapillarsuspensionen bei systematischer Rezepturvariation (Zweitphasenanteil, Anteil von Leitadditiv, Anteil von Gesamtfeststoff).

  2. Verarbeitung der Pasten zu Elektroden mit Hilfe eines Rakelbeschichters (am Institut vorhanden), wobei die Schichten anschließend getrocknet werden.

  3. Leitfähigkeitsmessungen an den trockenen Elektrodenschichten.

  4. Strukturuntersuchung mittels REM-Aufnahmen.

  5. Schriftliche Ausarbeitung mit Diskussion der Ergebnisse.