Lithium-Ionen-Batterien / Trocknungstechnik

  • Forschungsthema:Untersuchung des Einflusses von Prozess- und Materialparametern bei der Trocknung von Batterieelektroden verschiedener Materialsysteme mit strahlungsbasiertem Energieeintrag.
  • Typ:Masterarbeit
  • Datum:abgeschlossen 12/2022
  • Betreuung:

    Alvater / Klemens

  • Bearbeitung:Julian Borho

Lithium-Ionen-Batterien sind in vielen Anwendungen mittlerweile allgegenwärtig. Hinsichtlich der Energie- und Leistungsdichte sowie der Produktionskosten sind weitere Optimierungen notwendig. Die Struktur der Elektrodenschichten ist von ihrer Zusammensetzung abhängig und wird durch den Beschichtungs- und Trocknungsschritt maßgeblich beeinflusst. Untersuchungen haben gezeigt, dass eine schnelle Trocknung in der Regel eine ungünstige Komponentenverteilung zufolge hat, welche großen Auswirkungen auf die mechanischen und elektrochemischen Eigenschaften der Zellen hat. Vor diesem Hintergrund sind weitere Untersuchungen zur Trocknung für die Kenntnis des Einflusses von Trocknungsbedingungen auf die resultierende Schichtstruktur und Komponentenverteilung notwendig. Herr Borho soll in seiner Masterarbeit den Einsatz von Infrarotstrahlung bei der Trocknung von Elektroden untersuchen. Dabei soll der Einfluss der gewählten Trocknungsparameter und der durch Infrarotstrahlung eingebrachten Wärmeleistung auf die Mikrostruktur der Elektroden sowie die benötigte Trocknungszeit bestimmt werden. Die Elektroden werden dazu an einer bestehenden Versuchsapparatur hergestellt und hinsichtlich ihres Trocknungsverhaltens und ihrer Eigenschaften untersucht. Hierbei soll sowohl der Einfluss des Wärmeeintrags durch Infrarotstrahlung in ein- und mehrstufigen Trocknungsversuchen, als auch die Kombination von Infrarotstrahlung und erzwungener Konvektion betrachtet werden. Die Untersuchungen finden zunächst an graphitbasierten, wässrigen Anoden statt, woraufhin die Übertragbarkeit auf wasserbasierte Kathoden auf Lithium-Eisenphosphatbasis überprüft werden soll. Der Trocknungsverlauf wird dabei durch Messung von Temperatur- und Massenverlauf während der Trocknung erfasst. Ausgewählte Elektroden werden anhand ihrer mechanischen, strukturellen und elektrischen Eigenschaften charakterisiert. Durch geeignete Charakterisierungsmethoden sollen der Einfluss des Trocknungsprozesses auf die mögliche Verteilung der Komponenten in der Elektrode und die Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit evaluiert werden.Die Ergebnisse sind übersichtlich in einem Abschlussbericht darzustellen. Besonderer Wert wird auf eine klar strukturierte Darstellung der Ergebnisse gelegt. Die Ergebnisse sind nach Abgabe der Arbeit im Rahmen des Kolloquiums „Thin Film Technology“, in einem Vortrag darzustellen und zu diskutieren.