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Oral-Poster-Präsentation

Mikroskopische Charakterisierung der ‚Wrinkle-Bildung‘ bei Aluminium- Stromkollektorfolien von Li-Ionen-Batterien

Mittwoch (16.09.2020)
18:24 - 18:28 Uhr Metallographie

Die Kapazitäten und volumetrische Energiedichten von Li-Ionen-Batterien können durch das Kalandrieren, also das Verdichten der Elektrodenfolien gesteigert werden. Dieser Prozessschritt in der Elektrodenfertigung folgt standardmäßig nach der Nassbeschichtung von Stromkollektorfolien mit Energiespeichermaterialien und deren Trocknung. Die Stromkollektorfolie der Kathode besteht typischerweise aus Aluminium mit einer Batterieanwendungsbezogenen Foliendicke zwischen 10 und 20 Mikrometer. Sind die aktiven Energiespeichermaterialien der Kathodenbeschichtung sphärischer Form bei einer spezifischen Partikelgrößenverteilung, wird der Verdichtungsgrad durch Faltenbildung an der Aluminiumfolie limitiert. Diese Faltenbildung führt zu Problemen in der weiteren Prozessierung der Kathodenfolien oder macht diese sogar gänzlich unmöglich. Die aktiven sphärischen Energiespeichermaterialien bestehen aus Metalloxiden. Die hohe Härte der Metalloxidpartikel führt beim Kalandrieren dazu, dass diese in die Stromsammlerfolie eingedrückt werden und Aluminium verdrängen. Die Materialverdrängung am beschichteten Bereich der Stromsammlerfolie, könnte mit ein Grund dafür sein, dass sich am Übergang zum unbeschichteten Bereich besagte Falten - sog. ‚Wrinkles‘ - ausbilden.

 

Für die Untersuchungen werden Probenstücke vom beschichteten Bereich kalandrierter Kathodenfolien entnommen. Die Beschichtung wird entfernt und die blanke Oberfläche der Aluminium Stromsammlerfolie wird analysiert. Qualitativ zunächst mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskopie in der Aufsicht und im Querschliff. Anschließend werden Oberflächenparameter mittels konfokaler Mikroskopie quantifiziert. Hierbei erhält jeder Messpunkt auf der Oberfläche eine dreidimensionale Koordinate, wodurch unter Anwendung der Abbott-Firestone-Kurve in Anlehnung an die DIN EN ISO 25178, die Volumenanteile bestimmt werden können. Im speziellen die Anteile jener Kavitäten, welche durch eingedrückte Metalloxid Partikel während des Kalandrierprozesses verursacht worden sind. Durch die Erkenntnisse dieser mikroskopischen Charakterisierungsmethode, können signifikante Zusammenhänge der im Kalandrierprozess wirkenden Einflussgrößen auf die Stromsammlerfolie veranschaulicht werden.

Sprecher/Referent:
Jan Niedermeier
Hochschule Aalen - Technik und Wirtschaft
Weitere Autoren/Referenten:
  • Andreas Kopp
    Hochschule Aalen
  • Pascal Dincsoy
    Hochschule Aalen
  • Benjamin Bold
    Karlsruher Institut für Technologie
  • Dr. Timo Bernthaler
    Hochschule Aalen
  • Prof. Dr. Gerhard Schneider
    Hochschule Aalen