InCoatBat - Inerte Beschichtungen zur Verhinderung der Alterung von NMC-Kathoden für Lithium-Ionen-Batterien

Die Verlängerung der Lebensdauer bestehender LIB-Systeme trägt zu nachhaltigere Rohstoffnutzung bei und wirkt proportional auf Kosten und Ressourcenverbrauch (Energie, Rohstoffe). Protektive Oberflächenschichten sind dabei ein wichtiger Stellhebel. Sie werden bereits kommerziell eingesetzt. Zur effektiven Weiterentwicklung oder gar Neukonzeptionierung müssen jedoch zugrundeliegende Wirkmechanismen tiefer verstanden werden. Ziel des Vorhabens ist daher die Entwicklung innovativer, umweltfreundlicher protektiver Schutzschichten für positive LIB-Aktivmaterialien/Elektroden zur Erhöhung der Langlebigkeit. Methodisch komplementäre Herstellungs- und Analysemethoden im Labormaßstab werden gezielt eingesetzt um die Wirkmechanismen umfassend zu verstehen und darüber die Beschichtung zu optimieren. Das Konsortium setzt dabei die zwei wichtigsten alterungsrelevanten Angriffspunkte der Kathode in den Entwicklungsfokus: die direkte Reaktion zwischen Aktivmaterial und Elektrolyt (Materialebene), sowie der Aufbau von Elektrolytzersetzungsprodukten an der Komponente Elektrode (Zellebene). Ausgehend von unmodifiziertem NMC (83%Ni) werden Prozesse und Chemie der Inertkomponente zunächst explorativ variiert um über komplementäre Analysemethoden (in-situ Charakterisierung, Modellierung, Alterungsanalyse) verstanden und iterativ verbessert zu werden. Die optimierte Beschichtungstechnologie wird in den >10 kg Maßstab am ZSW hochskaliert, VARTA wird für die jeweilige Beschichtungsstrategie in mehreren Elektroden-, und Zellkampagnen den Benchmark und die Demonstratoren (CoinPower® oder 18650) erarbeiten, das physikalisch-chemische Verhalten evaluieren, sowie unter anwendungsrelevanten Bedingungen validieren. Ziel ist die Erhöhung der Zyklenstabilität um >30%, mindestens 1500 Zyklen. Das Konsortium besteht aus 6 Partnern mit komplementärer Expertise aus Taiwan, Lettland, Slowenien und Deutschland. Es deckt die Wertschöpfungskette vom Material bis zur industrienahen Zelle vollständig ab.