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Elektrischer Speicher
BMBF
Hochenergie-Kathoden 18.10.2016

Dr. Jie Li bei Labortätigkeiten im Trockenraum
© WWU/MEET

Neue Materialien für Lithium-Ionen-Batterien

Im Projekt KaLiPat arbeitet eine Jungforschergruppe daran, die

Materialien für Hochenergiekathoden für Lithium-Ionen-Batterien

langlebiger und preisgünstiger zu machen. Der Fokus des Projektes liegt

dabei in der Synthese, der Modifikation und der Charakterisierung der

Materialien.

Projektstatus Aufbau und Optimierung der Syntheseroute
Anwendungsfelder (Beispiele) Elektromobilität, stationäre Energiespeicherung, Handys, Laptops, Elektrowerkzeuge
Projektlaufzeit Mai 2012 bis Oktober 2017

Das Ziel der Jungforschergruppe um die Doktorin Jie Li am Batterieforschungszentrum MEET der Universität Münster liegt in der Entwicklung preisgünstiger und langlebiger Hochenergiekathodenmaterialien zur Anwendung in Lithium-Ionen Akkumulatoren sowie dem intensiven Studium ihres elektrochemischen Verhaltens. Im Zuge des Forschungsprojekts mit dem Titel KaLiPat soll eine mikrowellengestützte Festkörper- beziehungsweise Hydrothermalsyntheseroute etabliert werden. Durch Vergleich der untersuchten Synthesewege zur Hochskalierung und Kommerzialisierung wird der geeignetste bestimmt. Darauf basierend soll die Modifikation hoch-kapazitiver Lithium-reicher Kathodenmaterialien realisiert werden. In diesem Kontext soll die Wechselbeziehung zwischen elektrochemischer Leistungsfähigkeit und Partikelform und -größe der hergestellten Verbindungen erforscht werden.

Energiesparende Syntheseroute etablieren

Die Entwicklung von preisgünstigen und langlebigen Hochenergie-Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien hat jüngst großes Forschungsinteresse geweckt. Die derzeit vielversprechendste Materialklasse zur Erfüllung dieser Anforderungen stellen Kompositschicht-Kathoden aus den Übergangsmetallschichtoxiden Li2MnO3 und Li-Mn-Ni-Co-O2 dar, welche auch unter dem Begriff „lithium-reicher Kathodenmaterialien“ zusammengefasst werden. Im Zuge von KaLiPat soll eine neuartige, schnelle, leicht durchführbare und energiesparende Syntheseroute dieser Materialien etabliert werden. Zu Beginn des Projekts stand der Fokus auf der Kontrolle über die Partikelmorphologie und die Modifikation lithium-reicher Kathoden. Außerdem wurden Alterungsuntersuchungen an neuartigen Lithiumsilikat-Kathoden und eine Optimierung der  mikrowellengestützten Synthese von Aktivmaterialien durchgeführt.

  • Beladung eines Röntgen-Diffraktometers mit Pulverproben © WWU/MEET
  • Arbeiten an einer Batteriefertigungslinie © WWU/MEET
  • Elektrochemische Zelltests im Klimaschrank © WWU/MEET
  • Ragone-Plot verschiedener Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen Batterien © WWU/MEET
  • Rasterelektronenmikroskopisches Bild eines Li-reichen Kathodenmaterials mit ausgehöhlter Mikrostruktur © WWU/MEET

Alterungstests für lithiumreiche Kathoden

Das Projekt KaLiPat hat mit der Kontrolle über die Partikelmorphologie und die Modifikation von lithium-reichen Kathoden, sowie mit Alterungsuntersuchungen an neuartigen Lithiumsilikat-Kathoden und der Optimierung der mikrowellengestützten Synthese der Hochvolt-Spinellkathode LNMO begonnen. Mikrowellenreaktoren für sowohl eine Hydrothermal-, als auch eine Hochtemperaturroute sind etabliert und erste Parameter bereits erfolgreich optimiert worden. Des Weiteren sind eine elektrochemische Messstation und ein Hochdruckautoklav eingerichtet worden.

Erste Ergebnisse konnten eine Verbesserung der Ratenfähigkeit und eine Erhöhung der spezifischen Kapazität lithiumreicher Kathoden sowohl durch Oberflächenmodifizierung der Partikel, als auch durch eine elektrochemische Behandlung zeigen. Sphärische, ausgehöhlte Partikel lithium-reichen Materials mit verbesserten elektrochemischen Eigenschaften wurden erfolgreich hergestellt. Das Alterungsverhalten von Lithiumeisensilikat in fluorhaltigen Elektrolytsystemen wurde eingehend untersucht. Das Hochvoltkathodenmaterial LNMO konnte erfolgreich mittels mikrowellengestützter Hydrothermalsynthese dargestellt werden.

Teilvorhaben

  • Partikelmodifikation von Lithium-reichem Kathodenmaterial
  • Synthese von Kathodenmaterial mit ausgehöhlter Nanostruktur
  • Synthese von Hochvoltspinellkathode LNMO mittels mikrowellengestützter Methode
  • Alterungsuntersuchungen am Li2FeSiO4-Kathodenmaterial in fluor-haltigem Elektrolyten
  • Herstellung und Test von Vollzellen

Webseite zum Projekt KaLiPat

Kurzbeschreibung des Forschungsvorhabens auf der Seite des MEET-Instituts der Universität Münster

Gefördert durch die Bundesregierung aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages

Termine

23. Oktober 2017
E-Mobility Power System Integration Symposium

24. Oktober 2017
Wirtschaftliche Energiespeicher

7. November 2017
Energiespeicher & Wärmepumpentechnologie

» Alle Termine

Projektadressen

Ansprechpartner
  • Dr. Jie Li
    MEET Batterieforschungszentrum / Institut für physikalische Chemie, Westfälische-Wilhelms-Universität Münster
Weitere Adressen

Infobox

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.