SepaLiS

Neue Separatorbeschichtungen und adaptiertes Zelldesign für zyklenstabile Lithium-Schwefel-Zellen

Laufzeit der angegebenen Teilprojekte: 01.01.2016 bis 31.12.2018
Fördersumme der angegebenen Teilprojekte: 3.045.076,00 €
Projektvolumen der angegebenen Teilprojekte: 5.219.711,00 €

 

Teilprojekt 1

Entwicklung von Komponenten für zyklenstabile Lithium-Schwefel-Zellen

Förderkennzeichen: 03XP0031A

Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik, Chemische Oberflächen- und Batterietechnik
01277 Dresden
zum Internetauftritt

Teilprojekt 2

Sicherheitsanforderungen und Sicherheitsprüfungen an Lithium-Schwefel-Zellen

Förderkennzeichen: 03XP0031B

SGS Germany GmbH 
20459 Hamburg
zum Internetauftritt

Teilprojekt 3

Förderkennzeichen: 03XP0031C

ElringKlinger AG
72581 Dettingen an der Erms
zum Internetauftritt

Teilprojekt 4

Separatorentwicklung

Förderkennzeichen: 03XP0031D

Brückner Maschinenbau GmbH & Co. KG
83313 Siegsdorf
zum Internetauftritt

Teilprojekt 5

Neue Separatorbeschichtungen und adaptiertes Zelldesign für zyklenstabile Lithium-Schwefel-Zellen

Förderkennzeichen: 03XP0031E

Bayerische Motoren Werke AG, Forschung Batterietechnologie
80788 München
zum Internetauftritt

Fördergeber: BMBF, Referat 511

Projektträger: PT-J

Leistungsplansystematik:
KB2220 Li-Ionen-Batterien

Förderprofil:
Technologie- und Innovationsförderung

Förderart:
PDIR

Ausführliche Beschreibung des Verbundprojektes

Herausforderungen und Ziele

Lithium-Schwefel-(Li-S-)Batterien zeichnen sich durch hohe gravimetrische Energiedichten und geringe Materialkosten im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien aus. Damit ist diese Zellchemie äußerst attraktiv für zukünftige Speicherlösungen, auch zur Steigerung der Reichweite von Elektrofahrzeugen. Größte Herausforderung stellt die geringe Lebensdauer der Zellen dar. Aktuelle Li-S-Prototyp-Zellen erreichen eine Energiedichte von 350 Wh/kg, degradieren aber innerhalb der ersten 50 Lade-/Entladezyklen deutlich, weshalb sie für einen Einsatz in der Elektromobilität bislang ungeeignet sind. Ein Grund für die geringe Zyklenstabilität sind Zersetzungsreaktionen an der Lithiummetall-Anode. Die Herausforderung besteht in der Entwicklung neuer Konzepte, durch die sich die Anode effektiv schützen und die Kontaktfläche zum Flüssigelektrolyten minimieren lässt.

Ziel des Vorhabens ist es daher, durch neue Komponenten und ein innovatives Zelldesign Lithium-Schwefel-Zellen mit drastisch erhöhter Stabilität zu entwickeln. So sollen neue Separatorkonzepte, verbesserte Kathoden und spezielle Gehäuse entwickelt und aufeinander abgestimmt werden. Die Evaluierung von Sicherheit und Performance erfolgt an 25-Ah-Prototypzellen.


Inhalt und Arbeitsschwerpunkte

Schwerpunkt neues Separatorkonzept:
• Entwicklung geeigneter Separatoren/Trägermembranen für die Li-S-Zelle,
• Entwicklung einer Separatorbeschichtung für höhere Zellstabilität,
• Entwicklung eines Fertigungskonzeptes für Separator-Anodenverbund.

Schwerpunkt verbesserte Kathoden:
• Untersuchungen zum verbesserten Verständnis von Zellreaktionen,
• Entwicklung geeigneter Kathoden für hohe Energiedichten auf Zellebene,
• Transfer verbesserter Kathoden-Rezepturen auf skalierbare Fertigungsprozesse.

Schwerpunkt Zellbau mit speziellen Gehäusen und Zelltests:
• Definition von Zielvorgaben und Zelltests hinsichtlich Automobilanwendung der Li-S-Batterie,
• Entwicklung geeigneter Gehäuse unter Berücksichtigung von Sicherheitsaspekten und Besonderheiten der Li-S-Batterie,
• Herstellung von Hochenergie-Prototypzellen mit erhöhter Stabilität,
• Planung und Durchführung von Sicherheitstests an Li-S-Zellen,
• Anpassung bestehender Testmethoden für LIB an Li-S.


Nutzung der Ergebnisse und Beitrag zur Energiespeicherung

Mit Materialinnovationen im Bereich der Separatormembran, der Kathoden und Elektrolyte, sowie mit einem neuen Gehäusekonzept konnte die Zyklenstabilität der Li-S-Zellen entscheidend verbessert werden. Die Evaluierungsergebnisse an Prototypzellen ermöglichen eine realistische Bewertung der Li-S-Technologie hinsichtlich mobiler Anwendungen. So können das Potenzial, aber auch die Schwachstellen aufgezeigt und untersucht werden und für weitere Entwicklungsarbeiten als Grundlage dienen.


Kurzkategorisierung

Energiespeichertypen

Metall-Schwefel (nicht thermal)

Anwendungsfelder

mobil

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung, Dienstleister, Industrie


Schlagworte der Teilprojekte des Verbundprojekts

Teilprojekt 1

Energiespeichertyp

Metall-Schwefel (nicht thermal) Lithium-Schwefel

Forschungsgegenstand

Zelle Elektroden Anode Beschichtung

Zelle Elektroden Kathode Aktivmaterial

Zelle Separator Schutzschicht

Zelle Separator Verbund mit Elektrode

Zelle Elektrolyt flüssig

Forschungsbereiche

Material-, Bauteil- und Systementwicklung Demonstrator Zelle

Analytik und Charakterisierung Material-, Bauteil und Systemcharakterisierung Performance in Abhängigkeit von Elektrolytmenge

Analytik und Charakterisierung Material-, Bauteil und Systemcharakterisierung Stabilität

Anwendungsfelder

mobil Antriebsart BEV

mobil Fortbewegungsart Land Kraftfahrzeug

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung außeruniversitäre Einrichtung

Teilprojekt 2

Energiespeichertyp

Metall-Schwefel (nicht thermal) Lithium-Schwefel

Forschungsgegenstand

Batteriemodul

Zelle

Forschungsbereiche

Sicherheit Methode Sicherheitstests

Sicherheit Methode Sicherheitstests UN-Transporttest

Sicherheit Zelle Zelldesign

Anwendungsfelder

mobil Antriebsart BEV

mobil Fortbewegungsart Land Kraftfahrzeug

Förderempfänger

Dienstleister Prüfen, Testen, Verifizieren und Zertifizieren

Teilprojekt 3

Energiespeichertyp

Metall-Schwefel (nicht thermal) Lithium-Schwefel

Anwendungsfelder

mobil Antriebsart BEV

mobil Fortbewegungsart Land Kraftfahrzeug

Förderempfänger

Industrie Zulieferer Automobil

Teilprojekt 4

Energiespeichertyp

Metall-Schwefel (nicht thermal) Lithium-Schwefel

Metall-Schwefel (nicht thermal) Lithium-Schwefel Separator Polyolefin mit keramischen Partikeln beschichtet

Forschungsgegenstand

Zelle Separator

Zelle Separator Schutzschicht

Forschungsbereiche

Produktion Komponentenfertigung Separator

Produktion untersuchte Eigenschaften, Arbeitsfeld Prozessoptimierung

Material-, Bauteil- und Systementwicklung Bauteil- und Komponentenentwicklung

Anwendungsfelder

mobil Antriebsart BEV

mobil Fortbewegungsart Land Kraftfahrzeug

Förderempfänger

Industrie Anlagen-, Maschinenbau und Automatisierung

Teilprojekt 5

Energiespeichertyp

Metall-Schwefel (nicht thermal) Lithium-Schwefel

Forschungsgegenstand

Batteriepack/Batterie

Zelle

Forschungsbereiche

Sicherheit Methode Sicherheitstests

Sicherheit Entwicklung von Anforderungsprofilen

Sicherheit Systementwicklung

Sicherheit Zelle Zelldesign

Material-, Bauteil- und Systementwicklung Zelle Zelldesign

Analytik und Charakterisierung Material-, Bauteil und Systemcharakterisierung

Anwendungsfelder

mobil Antriebsart BEV

mobil Fortbewegungsart Land Kraftfahrzeug

Förderempfänger

Industrie Automobil

Verbundprojektleiter

Herr Dr. Holger Althues
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
Winterbergstr. 28
01277 Dresden

Telefon: +49 351 83391-3476
Fax: +49 3510 83391-3300
E-Mail: holger.althues@iws.fraunhofer.de


Pressekontakt

Herr Dr. Holger Althues
Winterbergstr. 28
01277 Dresden
Telefon: +49 351 83391-3476
Fax: +49 3510 83391-3300
E-Mail: holger.althues@iws.fraunhofer.de