Elektrolytadditive für Hochvolt-Batterien

Als elektrochemische Speicher sind Lithium-Ionen-Batterien weitverbreitet und können für eine hohe Bandbreite an Anwendungen eingesetzt werden. Um gerade in der Elektromobilität und der stationären Energiespeicherung die Batterieleistung signifikant zu steigern, werden Lösungen zur Verbesserung der Energie- und Leistungsdichte der Speicherzellen erforscht.

Stand der Technik

Ein Ansatz zur Leistungssteigerung sind sog. Hochvolt-Kathodenmaterialien wie z.B. Lithium-Cobaltphosphat oder auch Lithium-Nickel-Manganoxid, die eine deutliche Steigerung der Zellspannung erlauben. Beim Anlegen höherer Spannungen von 4,5 V und höher weisen jedoch bisher verwendete organische Flüssigelektrolyte nur eine begrenzte chemische Stabilität auf, was zu einer kontinuierlichen Zersetzung des Elektrolyten, zu steigendem Innenwiderstand und schließlich zum Austrocknen der Batteriezelle führt. Somit resultiert ein wiederholtes Laden schnell in einer Performanceverschlechterung der Batterie.

Technologie

Am Helmholtz-Institut Ulm (HIU) des KIT ist es Wissenschaftlern mit einer speziellen Elektrolytzusammensetzung gelungen, die nötige Stabilität zu gewährleisten und gleichzeitig den Wirkungsgrad von Hochvolt-Batterien zu erhöhen. Neben den gängigen Bestandteilen eines Flüssigelektrolyten, wie organisches Lösungsmittel und leitfähiges Lithiumsalz, wird der Elektrolyt gezielt mit zwei, sich ergänzenden Additiven angereichert: Phosphit und Carbonat. Durch Zugabe der Elektrolytadditive werden die Ionenleiter-Eigenschaften verbessert und die Kathoden-Elektrolyt-Grenzfläche stabilisiert, wodurch die Elektrolytzersetzung an der Kathodenoberfläche unterbunden wird.

Vorteile

Erst die synergetische Kombination der beiden Additive bewirkt eine deutlich gesteigerte Kapazität mit erhöhter Zyklenstabilität, Energie- und Leistungsdichte. Lithium-Ionen-Batterien sind so für den Einsatz im Hochvoltbereich > 4,5 V geeignet. Ladungsverluste beim Laden und Entladen werden durch die Erfindung reduziert.

Optionen für Unternehmen

Die Elektrolytadditive wurden bereits im Labormaßstab erprobt und wären ohne nennenswerte prozesstechnische Umstellungen bei der Zellfertigung kommerziell einsetzbar. Das KIT sucht Partner für Entwicklungsprojekte oder zur Lizenzierung der Elektrolytzusammensetzung für Hochvolt-Batterien.