OptiLIB

OptiLIB – Entwicklung und Anwendung innovativer oberflächenanalytischer Verfahren zur Optimierung des Alterungsverhaltens in Lithium-Ionen-Batterien.

Lithium-Ionen-Batterien (LIB) sind die einzigen kommerziell erhältlichen Energiespeichersysteme, die sowohl eine hohe Energiedichte, als auch eine hohe Zyklenstabilität aufweisen. Auf diesen Eigenschaften beruht die hohe wirtschaftliche Bedeutung von LIBs für den stark wachsenden Markt der Elektromobilität. Die kommerzielle Einsetzbarkeit von LIB ist jedoch durch nachlassende Leistung im Zuge längerer Nutzung begrenzt. Als Verursacher dieser Alterung gelten u.a. Ablagerungen auf den Batterie-Elektroden und Separatoren.

Im vorgestellten Projekt werden oberflächenanalytische Techniken entwickelt und angewendet, die es erlauben, das unzureichend verstandene Alterungsverhalten von LIBs erstmalig grundlegend zu untersuchen. Hierzu ist es erforderlich, leistungsstarke Analysetechniken zur empfindlichen Identifizierung der chemischen Zusammensetzung der von Alterung betroffenen Oberflächen weiter zu entwickeln und unter LIB-relevanten Bedingungen wie etwa dem Einfluss unterschiedlicher Additive aus der modernen LIB-Forschung anzuwenden.

Eine bildgebende Analyse der Oberflächen soll auf makroskopischer Skala unter Atmosphärendruck (ADI-MS¹) und auf nano- und mikroskopischer Skala unter Ultra-Hochvakuum (ToF-SIMS² und LEIS³) entwickelt werden. Die hochauflösende Analyse der Tiefenverteilung mittels ToF-SIMS und pGD-OES⁴ soll die präzise dreidimensionale Erfassung der chemischen Zusammensetzung der verschiedenen LIB-Komponenten mit einer Tiefenauflösung im nm-Bereich ermöglichen.

Das Ziel des Projekts ist es, ein innovatives analytisches Instrumentarium zu entwickeln und für LIB-Untersuchungen zur Verfügung zu stellen. Die im Projekt durchgeführten detaillierten LIB-Studien dienen der Klärung der Alterungsprozesse und erlauben es, eine bessere Auswahl von Materialien und Additiven in der LIB Entwicklung zu treffen.

¹ADI-MS: Ambient Desorption/ Ionization Mass Spectrometry
²ToF-SIMS: Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry
³LEIS: Low Energy Ion Scattering
⁴pGD-OES: pulsed Glow Discharge-Optical Emission
Spectroscopy

Laufzeit: 1. Januar 2012 -30. Juni 2015
Projektvolumen: 1.968.343 €