RealLi!

Realisierung optimierter Li-Ionen Akkus zum Durchbruch der E-Mobilität

Um die Wende im Mobilitätssektor zur nachhaltig wirksamen Reduktion von Treibhausgasen und Emissionen einzuleiten, bedarf es vor allem leistungsfähigen und sicheren Traktionsbatterien und -konzepten. Zukünftige Li-Ionen Akkumaterialien müssen nicht nur durch eine deutliche Performancesteigerung im Vergleich zu derzeit am Markt befindlichen Energiespeichersystemen bestechen, sondern auch eine deutliche Reduktion des kritischen Rohstoffs Kobalt im Kathodenmaterial bieten.

Bestehende Forschungen an nickelreichen Schichtoxiden des Typs LiNixMnyCozO2 (NMC622, NMC811) zeigen, dass diese besonders vielversprechenden Kathodenmaterialien zwar höhere spezifische Kapazitäten aufweisen, jedoch bedingt durch den hohen Nickelanteil unter geringer Zyklenfestigkeit und thermischer Instabilität leiden.

Um dem entgegen zu wirken, wird im RealLi!-Projekt das Kathodenmaterial NMC811 mit mehreren Ansätzen (Beschichtung der Partikel sowie Strukturierung der Elektrodenbänder) demonstriert. So soll durch die Pulverbeschichtung die Reaktionsgrenzfläche zwischen Elektrode und Elektrolyt stabilisiert werden, was die Langlebigkeit und Sicherheit der Traktionsbatterie verbessert.

Zusätzlich zur Stabilisierung dieses nickelreichen Kathodenmaterials, wird die Schnelllade- und Entladefähigkeit des Energiespeichers dadurch verbessert, dass mittels Laser Strukturen in die Oberfläche der Elektrodenbänder eingebracht werden. Dadurch werden aufgrund von verbesserter Transportkinetik nicht nur die elektrochemischen Eigenschaften im Hochstrombereich verbessert, sondern als Nebeneffekt auch die Elektrolytbefüllung bei der Produktion homogenisiert und beschleunigt. Vor allem bei dicken Elektrodenschichten für hohe Energiedichten ist dies von Vorteil. Die Auswahl des optimalen Strukturdesigns erfolgt simulationsgestützt. Die elektrochemischen Vorgänge im Li-Ionen Akku werden in einem neuen, innovativen elektrochemischen Modell abgebildet, welches auch nach dem Projekt zur Evaluierung neuer Systeme dienen kann.

Durch diesen ganzheitlichen Ansatz liefert RealLi! den Funktionsnachweis eines optimierten Li-Ionen Akkus, der sich durch erhöhte Sicherheit, Zyklenfestigkeit und Hochstromfähigkeit gegenüber herkömmlichen, mit unbehandelten Elektroden gefertigten (NMC811 und Graphit) Systemen auszeichnet. Mithilfe von Ökobilanzen wird der gesamte Lebenszyklus der neuen Li-Ionen-Batterie (LIB) evaluiert und die Recyclingkonzepte, welche für LIB nur spärlich vorhanden sind, verifiziert und deren Umwelteffekte evaluiert.