Zum Einfluss der Trocknung auf die Binderverteilung in Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien - Mechanistische Einblicke in den zeitlichen Verlauf der Komponentenanordnung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wilhelm Schabel
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 244530906

Die Eigenschaften von Elektroden für Lithium-Ionen Batterien werden durch die komplexe Mikrostruktur ihrer Aktivschicht bestimmt. Diese definiert sich durch die lokale Anordnung des partikulären Aktivmaterials, des Binders und der Additive. In den durchgeführten Arbeiten der ersten Förderperiode wurde der Einfluss der beiden zentralen Parameter Trocknungsrate und -temperatur auf die Mikrostruktur experimentell untersucht. Ein wesentliches Ergebnis ist deren zwingend getrennt zu betrachtender Einfluss. So liefern die Ergebnisse der abgelaufenen Förderperiode bereits eine gute Grundlage zur Entwicklung prädiktiver Trocknungsmodelle zur Beschreibung der Ausbildung von Elektrodenstruktur und Komponentenverteilung. Den Kern des Fortsetzungsantrages bildet die detaillierte Aufklärung des Filmverfestigungsmechanismus. Für die zeitliche Betrachtung der Strukturausbildung wären Messmethoden wünschenswert, welche eine räumliche und zeitliche Auflösung einzelner Komponenten über der Filmhöhe erlauben. Diese sind Stand heute jedoch nicht für die Trocknung unter relevanten und definierten Randbedingungen verfügbar. Aus diesem Grunde wurden für charakteristische Filmzustände, wie der Ausbildung der Oberflächenrauigkeit des Films oder dem Ende der Filmschrumpfung, klar definierte Hypothesen erarbeitet, deren Überprüfung durch die Anwendung des im Erstantrag entwickelten Schnelltests Schichthaftung, der Binderdetektion mittels EDX, sowie weiterer, in Vorversuchen bereits erfolgreich eingesetzter Methoden erfolgt. Hierzu zählt eine neue, innovative experimentelle Herangehensweise, die Rückschlüsse auf den zeitlichen Verlauf auf Grundlage der Eigenschaften der trocknen Schicht erlaubt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Philip Scharfer