Die elektrochemische Energiespeicherung mittels Lithium-Ionen-Batterien gewinnt global immer weiter an Bedeutung. Insbesondere für portable oder mobile Anwendungen ist die Energiedichte aufgrund des begrenzten Bauraums entscheidend. Auf Elektrodenebene hat der Verdichtungsprozess durch Kalandrierung den größten Einfluss auf die Energiedichte.
In der vorliegenden Arbeit wird ein Prozess-Struktur-Modell für die Elektrodenkalandrierung entwickelt und auf verschiedene energiereiche Kathoden angewandt. Das Verdichtungsverhalten wird anhand von zwei Parametern charakterisiert: dem Porositätsfaktor als Maß für die erreichbare Minimalporosität sowie dem Verdichtungswiderstand als Maß für den nötigen Kraftaufwand.
Es zeigt sich, dass große Rußagglomerate und kleine Partikel des Aktivmaterials das Porositätsminimum erhöhen, während steigende Walzentemperaturen sowohl die Minimalporosität als auch den Verdichtungswiderstand senken. Dieser Widerstand steigt wiederum mit zunehmender Massenbeladung und steigendem Ruß-Verteilungsgrad. Geringe Widerstände sind bei schmaler Größenverteilung der Aktivmaterialpartikel sowie mit kleinem Anteil kleiner Partikel festzustellen. Elektrochemische Analysen zeigen bei Stromstärken größer 1 C ein Porositätsoptimum zwischen 36 und 28 % für verschiedene nickelreiche Aktivmaterialien.
Aktualisiert: 2022-08-10
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Zur Realisierung einer wirtschaftlichen Elektromobilität mit wettbewerbsüberlegener
Wertschöpfung ist die Beherrschung der Batteriezellproduktion unabdingbar. Kosten- strukturen und
Funktionseigenschaften der Zellen wie Reichweite, Schnellladefähigkeit und Lebensdauer sind
maßgeblich durch die Fertigungsprozesse und die darüber gezielt einzustellende Mikrostruktur der
Elektroden bestimmt. In diesem Kontext liefert die vor- liegende Arbeit ein tiefgreifendes Prozess-
und Produktverständnis mit Fokus auf die Kalandrierung als den abschließenden und
strukturbestimmenden Prozessschritt der Elektrodenproduktion.
Im Rahmen systematischer Studien zu Verdichtungsparametern im Zusammenhang mit den eingesetzten
Leitadditiven und der gezielten Einstellung der Leitrußstruktur über unterschiedliche
Mischertypen bzw. Mischintensitäten werden Prozess- wechselwirkungen von Dispergierung und
Kalandrierung im Rahmen von
Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen untersucht, um Grundlagen zur Prädiktion des Einflusses
der Kalandrierung auf strukturelle und elektroche- mische Performanceeigenschaften der Elektroden
zu legen. Hierzu werden Methoden zur Analyse mechanischer, struktureller und elektrischer Eigen-
schaften auf Pulver-, Suspensions- und Elektrodenebene entwickelt und eta-
bliert sowie ausgewählte Modelle geschaffen.
Aktualisiert: 2021-03-31
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Zur Realisierung einer wirtschaftlichen Elektromobilität mit wettbewerbsüberlegener Wertschöpfung ist die Beherrschung der Batteriezellproduktion unabdingbar. Kostenstrukturen und Funktionseigenschaften der Zellen wie Reichweite, Schnellladefähigkeit und Lebensdauer sind maßgeblich durch die Fertigungsprozesse und die darüber gezielt einzustellende Mikrostruktur der Elektroden bestimmt. In diesem Kontext liefert die vorliegende Arbeit ein tiefgreifendes Prozess- und Produktverständnis mit Fokus auf die Kalandrierung als den abschließenden und strukturbestimmenden Prozessschritt der Elektrodenproduktion.
Im Rahmen systematischer Studien zu Verdichtungsparametern im Zusammenhang mit den eingesetzten Leitadditiven und der gezielten Einstellung der Leitrußstruktur über unterschiedliche Mischertypen bzw. Mischintensitäten werden Prozesswechselwirkungen von Dispergierung und Kalandrierung im Rahmen von Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen untersucht, um Grundlagen zur Prädiktion des Einflusses der Kalandrierung auf strukturelle und elektrochemische Performanceeigenschaften der Elektroden zu legen. Hierzu werden Methoden zur Analyse mechanischer, struktureller und elektrischer Eigenschaften auf Pulver-, Suspensions- und Elektrodenebene entwickelt und etabliert sowie ausgewählte Modelle geschaffen.
Aktualisiert: 2021-03-31
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