CHEMLIB – Optimierung der Zellchemie für automotive Lithium-Ionen Batterien

Die Lithium-Ionen Zellentechnologie hat sich bei automotiven Anwendungen aufgrund ihrer überlegenen
Eigenschaften als Technologie für zukünftige elektrische Energiespeicher weitgehend etabliert, obwohl die derzeit
am Markt befindlichen Lithium-Ionen Zellen haben jedoch gewisse Nachteile und Funktionseinschränkungen, die
derzeit einem breiten Einsatz in der Automobilindustrie im Wege stehen. Einerseits sind dies die immer noch
ungenügende Energie- und Leistungsdichte, andererseits gibt es Funktionseinschränkungen, verursacht durch die
Aspekte Alterung, Sicherheit und Temperaturbereich.

Ziel des vorliegenden Projektes war es, die ungenutzten Potentiale auf Zellchemieebene zu erkennen, zu
untersuchen und die Optimierung entsprechend der automotiven Anforderungen voranzutreiben. Dabei war der
Fokus auf 3 Schwerpunkte gerichtet:

• Leistungsparameter:
Steigerung der Energie- und Leistungsdichte (damit Senkung der Produktkosten)
Erweiterung des operativen Temperaturbereichs

• Sicherheitsaspekt:
Vermeidung von chemisch instabilen Zuständen bei Normalbetrieb, Unfall- und
Missbrauchssituationen

• Alterungsverhalten (Lebensdauer):

Verminderung des Verlustes von Energiedichte und Leistungsdichte

Zum Einsatz kamen elektrochemische und andere wissenschaftliche Analysen an Zellmaterialien sowie
Demonstratorzellen zur Verifizierung von Performance oder dem Zusammenwirken der Komponenten. So wurden
mit nachträglich eingebrachten Referenzelektroden wertvolle Erkenntnisse zur kapazitiven und kinetischen
Abstimmung der Zellen und zum Langzeitverhalten gewonnen. Messungen der thermischen Eigenschaften
lieferten Grundlagen für ein Verständnis der Mechanismen in sicherheitsrelevanten „Abuse“-Fällen. Als größter
Erfolg im Bereich der Materialentwicklung konnte eine signifikante Verbesserung der Performance von Silizium in
Kompositelektroden erzielt werden, welches ein aussichtsreiches Anodenmaterial für zukünftige Lithium-Ionen-
Batterien ist. Zur richtigen Auswahl der Zellchemie aus der hohen Anzahl von möglichen Materialkombinationen
wurde im Projekt „CHEMLIB“ wertvolles Grundlagen-„Know-How“ erarbeitet.

Die optimierte Lithium-Ionen Zellchemie und das Verständnis der Zellchemieebene kommt in den Zellen und der
Batteriesteuerung automotiver Batteriesysteme der Zukunft zum Einsatz.