Glatt Pulversynthese im Verbund-Projekt „ARTEMYS I Batterie 2020“

Fertigung von All-solid-state-Batterien

Skalierbare, kostengünstige Fertigungstechnologien für Kompositkathoden und Elektrolytseparatoren in Festkörperbatterien

Li-Ionen-Batterien mit Festkörperionenleitern und Lithium-Metall-Anoden punkten mit höherer spezifischer Energie und einem vorteilhaften Sicherheitsverhalten. Daher werden sie als vielversprechende Speichertechnologien für zukünftige Elektrofahrzeuge gehandelt. Innerhalb der letzten Jahre haben sich die Forschungsaktivitäten diesbezüglich signifikant erhöht. Die technische Funktionalität von Festkörperbatterien ist im universitären Labormaßstab darstellbar. Bis dato fehlt es jedoch an Prozesstechnologien zur massenfertigungstauglichen Herstellung.

Die technischen Herausforderungen von Systemen mit sulfidischen Ionenleitern (z. B. Feuchtigkeitsempfindlichkeit) und oxidischen Ionenleitern (z. B. Co-Sinterbarkeit) sind von sehr unterschiedlicher Natur. Die Frage, welche der konkurrierenden Ansätze über skalierbare Fertigungstechnologien dargestellt werden können und für die Elektromobilität in Frage kommen, bleibt unbeantwortet.

Ziel des Projektes „ARTEMYS“ war es, geeignete Prozesstechnologien für die Herstellung von vollkeramischen Festkörperbatterien, insbesondere der Komposit-Kathode und des Festelektrolytseparators aus Lithium-Lanthan-Zirkon-Oxid (LLZO) zu erarbeiten. Diese Prozesstechnologien waren bezüglich ihrer Skalierbarkeit zu bewerten. Anschließend sollten Musterzellen im Labormaßstab zur Validierung hergestellt werden.

Hierbei konnte sowohl eine prozesstechnologische als auch kostenbasierte Entscheidungsgrundlage für eine nachfolgende Industrialisierung gelegt werden.

Die Glatt Pulversynthese bewies in diesem Projekt zur Entwicklung neuer Batteriematerialien ihre Eignung als skalierbare und kosteneffiziente Technologie zur Herstellung von LLZO-Pulverwerkstoffen mit den geforderten elektrochemischen Grundeigenschaften. Es ist gelungen, die rohstoffseitigen Einflussfaktoren auf die Pulverqualitäten umfassend zu beleuchten und Rezepturansätze zu erarbeiten, die eine reproduzierbare Pulversynthese davon weitestgehend unabhängig machen.

Abschließend wurden LLZO-Proben hergestellt, die sich zu homogenen und dichten Elektrolytschichten versintern lassen und die angestrebten, vor Projektbeginn definierten, elektrischen Zielwerte erfüllen. Das Projekt bietet somit eine gute Basis für die mittelfristige Kommerzialisierung der LLZO-Pulver bzw. auch der darauf basierenden Festkörperelektrolyt-Separatoren.

Neue Batteriewerkstoffe mit der Glatt Pulversynthese: Gesinterte LLZO-Membran, Copyright: IKTS

Partner:

  • BASF SE
  • BMW AG
  • Ferro GmbH
  • Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS)
  • Glatt Ingenieurtechnik GmbH
  • Karlsruher Institut für Technologie (KIT), BELLA – Batteries and Electrochemistry Laboratory
  • Rehm Thermal Systems GmbH
  • Robert Bosch GmbH
  • thyssenkrupp System Engineering GmbH
  • TRIDELTA Thermprozess GmbH
  • Universität Bayreuth, Lehrstuhl für Funktionsmaterialien

Das Verbundprojekt „ARTEMYS“ wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert auf Grundlage des Rahmenprogramms „Vom Material zur Innovation“ sowie des Nationalen Entwicklungsplans Elektromobilität – Forschungs- und Entwicklungsprojekte zum Thema „Batteriematerialien für zukünftige elektromobile, stationäre und weitere industrierelevante Anwendungen (Batterie 2020)“.

Laufzeit: 2017 – 2020

Glatt-Förderkennzeichen: 03XP0114E

Hier geht es zur Website von „ARTEMYS I Batterie 2020“.