SOLID

Innovative Festkörperbatterien auf Basis von Sol-Gel-Materialien mit Lithium-Metallanode und implementierter 3D-Strukturierung

Teilprojekt 1

Laufzeit: 01.10.2017 bis 30.09.2020

Fördersumme: 164.379,00 €

Projektvolumen: keine Angabe
 

ausführende Stelle:

Varta Microbattery GmbH
Daimlerstr.  1
73479 Ellwangen (Jagst)

zum Internetauftritt

Zuwendungsempfänger:

Varta Microbattery GmbH

zum Internetauftritt

Fördergeber: BMBF, Referat 511

Förderkennzeichen: 03XP0129A

Projektträger: PT-J

Leistungsplansystematik:
KB2220 Li-Ionen-Batterien

Förderprofil: Technologie- und Innovationsförderung

Förderart: PDIR

Beschreibung

Es liegt keine Beschreibung des Teilprojektes vor.

Laufzeit der angegebenen Teilprojekte: 01.10.2017 bis 30.09.2020
Fördersumme der angegebenen Teilprojekte: 2.067.380,00 €
Projektvolumen der angegebenen Teilprojekte: keine Angabe

Teilprojekt 1:

Förderkennzeichen: 03XP0129A

Varta Microbattery GmbH
73479 Ellwangen (Jagst)

Teilprojekt 2: Metallische Lithium-Anode

Förderkennzeichen: 03XP0129B

Applied Materials GmbH & Co. KG
63755 Alzenau

Teilprojekt 3:

Förderkennzeichen: 03XP0129C

Coatema Coating Machinery GmbH
41539 Dormagen

Teilprojekt 4: Laserbasierte Kristallisation von Sol Gel Schichten

Förderkennzeichen: 03XP0129D

Lunovu GmbH
52134 Herzogenrath

Teilprojekt 5: Sol-Gel basierte Kathoden- und Elektrolytforschung

Förderkennzeichen: 03XP0129E

Fraunhofer-Institut für Silicatforschung, Fraunhofer FuE-Zentrum Elektromobilität Bayern
97082 Würzburg

Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme, Abteilung Mikrostrukturierte Oberflächen
79110 Freiburg

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

Das Ziel dieses Vorhabens liegt in der Erforschung einer Festkörperbatterie auf Basis kostengünstiger Herstellungsverfahren, welche durchgehend auf industrielle Maßstäbe skalierbar sind oder von bereits etablierten Verfahren auf die Batterietechnologie übertragen werden. Der Festkörperansatz bietet die Möglichkeit, neue Zellkonzepte (z. B. bipolarer Aufbau) zu realisieren und hierdurch den Anteil elektrochemisch inaktiver Komponenten oder Verschaltungsaufwand zu minimieren.
Mit dem Ziel kostengünstige Verfahren für Lithium-Ionen-basierte Festkörperbatterien zu erforschen, bezieht sich das Vorhaben auf den Schwerpunkt 2.3 „Zukünftige Batteriesysteme“ der Förderrichtlinie. Im Rahmen eines Verbundprojekts mit hoher Industriebeteiligung sollen Materialien und mikrometerdicke Elektrodenfilme über skalierbare Sol-Gel-Synthesen erzeugt und Schicht-für-Schicht eine bipolare Demonstratorzelle mittels kontinuierlicher, nasschemischer Beschichtung aufgebaut und eingehend charakterisiert werden. Als Anodenmaterial soll metallisches Lithium mittels inlinefähiger PVD-Verfahren untersucht werden. Durch Strukturierung der Stromableiter- und Kathodenschicht mittels skalierbarer Imprintverfahren soll die Grenzfläche vergrößert und somit die Unvereinbarkeit hoher Leistungs- mit hoher Energiedichte reiner Festkörperansätze gelöst werden. Weil jede Schicht ein spezifisches Kristallisationsverhalten aufweist, ist zudem eine starke Rückkopplung der Materialparameter mit dem Sinterprozess erforderlich, um Mischphasen, Ionendiffusion und die Entstehung isolierender Zwischenschichten zu vermeiden. In Verbindung mit innovativen Verfahren wie dem Laser-Sintern soll untersucht werden, wie mikrostrukturierte Elektrodenschichten selektiv kristallisiert werden können.
Das Technologiepotenzial soll zunächst durch eine kleinformatige bipolar aufgebaute Demonstratorzelle sowie durch die Integration von Strukturierungs-, Sinter- und PVD-Technologie in einer Rolle-zu-Rolle-Beschichtungsanlage demonstriert werden. Eine Hochskalierung des Zellvolumens und der Gesamtenergie wird bei Projekterfolg mittelfristig angestrebt


Inhalt und Arbeitsschwerpunkte

Zunächst soll eine planare Vollzelle aus dünnen (< 1 µm) Filmen erforscht und charakterisiert werden. Dieses System dient als Grundlage und Referenz für die weiteren Entwicklungsschritte. Im ersten Projektjahr werden die einzelnen Zellkomponenten optimiert: Forschung an einem homogenen und reproduzierbaren Aufdampfprozess für metallisches Lithium (AP 2, AMAT, ISC) ist eng mit Materialforschung an Elektrolyt- und Schutzschichten (AP 1, ISC) verknüpft und hat eine elektrochemisch stabile und ionisch gut angebundene Grenzfläche zum Ziel. Parallel werden neue Prozesse zum Lasersintern (AP 3, LUN, COA, ISC) an Kathoden- und Elektrolytschichten untersucht, welche Hand in Hand mit der eigentlichen Schichterforschung (Mehrfachgrünfilme, Nanopartikel zur Schichtdickenerhöhung, Stromableiterschichten, AP 1, ISC) durchgeführt werden. Hier stehen ein optimierter Energieeintrag zur Schichtkristallisation und die Minimierung von Diffusion bzw. Mischphasen zwischen den Schichten im Fokus. Die elektronische und ionische Anbindung der Kathode an Stromableiter- und Elektrolytschicht wird über Mikro- bzw. Nanostrukturierungen (AP 4, ISE, COA) eingestellt. Die Anpassung der Dichte und Formtreue der strukturierten Filme ist gemeinsames Ziel der Arbeitspakete 3 und 4 (ISE, LUN, COA). Die elektrochemische und morphologische Analytik (AP 7, ISC, VMB, ISE) soll Aufschluss über Alterungseffekte, Grenzflächenstabilitäten oder Umlagerungseffekte liefern. Die Entwicklung eines schlüssigen Zellkonzepts (AP 5, VMB, ISC) wird von Beginn des Projekts an – auch im Hinblick auf spätere Skalierbarkeit (AP 6, COA, VMB) – unter Berücksichtigung der aktuellen Komponentenentwicklung verfolgt. Die 2. Projekthälfte ist auf die Skalierung der entwickelten Prozesse und die Systemintegration fokussiert: Die evaluierten Schichten und Prozesse werden zusammengeführt und auf einer Pilotanlage getestet (AP 6).


Nutzung der Ergebnisse und Beitrag zur Energiespeicherung

Mit dem Vorhaben SOLID wird an vielen Stellen wissenschaftliches Neuland betreten. Eine per Sol-Gel-Verfahren hergestellte Festkörperbatterie mit einer bimodalen Partikelverteilung in der Kathodenschicht wurde bislang noch nicht dokumentiert. Um gute wissenschaftlich-technische Erfolgsaussichten zu gewährleisten, wurde das Konsortium anhand der Fachexpertise in den kritischen Bereichen Sol-Gel-Beschichtung, Mikrostrukturierung, Vakuum- und Lasertechnologie und Zelldesign ausgewählt.
Die wissenschaftlich-technische und wirtschaftliche Anschlussfähigkeit wird als sehr gut eingeschätzt. Da Batterien ein Zukunftsmarkt mit hohem Wachstumspotential ist, sind aus einer erfolgreichen Projekt-Bearbeitung mittelfristig signifikante Umsatzsteigerungen in den relevanten Marktsegmenten zu erwarten, sowie neue Arbeitsplätze im Bereich der Sol-Gel- und Vakuum-Abscheidung von Schichten für diese Anwendungen.


Kurzkategorisierung

Energiespeichertypen

Festkörper-Batterien

Anwendungsfelder

noch nicht vorhersehbar

Förderempfänger

Industrie, Forschungs- und Entwicklungseinrichtung

schwarze Schlagworte: charakterisieren das Teilprojekt
graue und schwarze Schlagworte: charakterisieren das komplette Verbundprojekt


Schlagworte zum Teilprojekt

Energiespeichertyp

Festkörper-Batterien Lithium Anode Lithium-Metall

Anwendungsfelder

noch nicht vorhersehbar

Förderempfänger

Industrie Batteriehersteller

Industrie Zellhersteller

Teilprojektleiter

Herr Dr. Martin Krebs
Varta Microbattery GmbH
Daimlerstr.  1
73479 Ellwangen (Jagst)

Telefon: +49 7961 921-432
E-Mail: martin.krebs@varta-microbattery.com


Verbundprojektleiter

Herr Dr. Martin Krebs


Pressekontakt für Teilprojekt

Frau Sonja Peitl-Steinert
Varta Microbattery GmbH
Daimlerstr. 1
73479 Ellwangen (Jagst)
Telefon: +49 7961 921-526
Fax: +49 7961 921-73526
E-Mail: sonja.peitl-steinert@varta-microbattery.com
zum Internetauftritt


Pressekontakt für Verbundprojekt

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