Batteriematerialien

Entwicklung hochleistungsfähiger aktiver Batteriematerialien und Festkörperelektrolyte für Festkörperbatterien und Brennstoffzellen mittels Glatt-Pulversynthese

Aktive Batteriematerialien und Feststoffelektrolyte für Festkörperbatterien und Brennstoffzellen

Der Bedarf an leistungsstarken Energiespeichern steigt. Damit wachsen die Anforderungen an die Batteriematerialien von morgen. Viele der bisherigen Herstellungsverfahren eignen sich nicht, um die Pulvermaterialien für die Batterien der Zukunft in ausreichender Qualität und Quantität zu erzeugen. Das Interesse an potentiellen Lösungen mit intelligenten Konzepten zur Optimierung von Materialien, Formulierungen und Eigenschaften von Batterien steigt.

Ziele der Optimierung von Pulvern für Batteriematerialien sind die Erhöhung der Kapazität und Lebensdauer, sowie die Verringerung der Selbstentladung und eine Erhöhung der intrinsischen Sicherheit. Unsere Gesellschaft steht vor der Herausforderung aktive Batteriematerialien und feste Elektrolyte in großem Maße mit gleichbleibender Qualität, Homogenität und Dotierungsgrad herzustellen.

Die Glatt Pulversynthese eröffnet die Möglichkeit diese Probleme zu lösen. Das innovative Verfahren der pulsierenden Sprühkalzination stellt Hochleistungspulver für die spezielle Anwendung in Batterien schnell und zielgenau bereit. Das Verfahren unterstützt sowohl die Produktion kleinerer als auch großer Mengen Pulver für die Batterieproduktion.

Ein einziger Prozessschritt generiert nicht nur funktionale Pulvermaterialien für Batterien, sondern optimiert zudem deren chemische Zusammensetzung, Partikelgröße, -oberfläche und –struktur für eine maximale Leistung.  Gezielte, spezifische Dotierung erhöht die Kapazität aktiver Batteriewerkstoffe und verbessert drastisch ihre Zyklenstabilität oder bei festen Elektrolyten die Leitfähigkeit.

Die einzigartigen thermodynamischen Bedingungen im pulsierenden Gasstrom der Glatt Pulversynthese ermöglichen es, in Sekundenschnelle einsatzbereite Materialien herzustellen. Durch Variation der Anlagenparameter werden die Partikelgröße und die Zusammensetzung von Haupt- und Nebenphasen optimal eingestellt. Die daraus erzeugte Batterie erreicht ein Maximum an Kapazität und Stabilität.

Dies ermöglicht die Pulsation, welche zu einer stark turbulenten Strömung führt, bei der die Wärmeübertragung vom Gas zum Partikel bis zu fünfmal höher im Vergleich zu einer kontinuierlichen Strömung liegt. Diese thermodynamischen Bedingungen werden beispielsweise zur Produktion von Materialien mit großer spezifischer Oberfläche genutzt, was deren elektrochemische Aktivität deutlich steigert. Darüber hinaus bietet die Glatt Pulversynthese die Option, die Gasatmosphäre oxidierend oder frei von Sauerstoff einzustellen.  Ein weiterer wichtiger Parameter zur gezielten Synthese der gewünschten Batteriematerialien.

Mit der Glatt Pulversynthese erzeugen Sie aktive Batteriematerialien auf oxidischer Basis, wie LNMO (Hochspannungs-Lithium-Nickel-Manganoxid-Kathodenmaterial), NCM (Nickel-Cobalt-Mangan) und Si-C-Kompositmaterialien für neuartige Elektroden.

Zur Herstellung von Festkörperbatterien ermöglicht die Glatt Pulversynthese die Erzeugung von Feststoffelektrolyte. Festkörperbatterien versprechen schnellere Ladezeiten und eine höhere Energiedichte als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Sie gelten ebenfalls als noch sicherer, zuverlässiger und langlebiger.

Im vom BMBF geförderten Batterie-Forschungsprojekt EMBATT2.0 ist die Glatt Pulversynthese für die Entwicklung von prozesstechnischen Lösungen zur Herstellung von Aktivmaterialien zum Einsatz.

Im Verbundprojekt ARTEMYS befassen sich die beteiligten Unternehmen und Forschungseinrichtungen mit Fertigungstechnologien für Materialien, die in Festkörperbatterien eingesetzt werden sollen. Hier ist unsere Expertise als Anlagenbauer ebenfalls im Bereichen Hochtemperatur-Prozesstechnik gefragt. Unterstützt wird das Verbundprojekt vom BMBF.

Die Glatt Pulversynthese ist die ideale Technologie zur Entwicklung und Produktion von Hochleistungspulvern für die Batterien der Zukunft.

Fachbeitrag: ‚Mit der Pulversynthese zum neuen Batteriewerkstoff‘, PDF, deutsch

Fachbeitrag: ‚Comparison of Electrochemical Degradation for Spray Dried and Pulse Gas Dried LiNi0.5Mn1.5O4‘, PDF, englisch