Im Rahmen des vom DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft) geförderten Exzellenzclusters POLiS (Post Lithium Storage) betrachtet die vorliegende Arbeit den bestehenden Prozess der Elektrodenfertigung einer Lithium-Ionen-Batterie zur Analyse von Deskriptoren in Bezug auf die Natrium-Ionen-Batterietechnologie. Dazu werden zunächst die charakteristischen Prozessgrößen und Einflussparameter entlang der Prozesskette erfasst und anschließend graphisch aufbereitet. Im zweiten Teil der Arbeit werden die grundlegenden Eigenschaften eines gängigen Anodenmaterials einer Natrium-Ionen-Batterie analysiert sowie strukturelle und mechanische Auswirkungen des Kalandrierschritts untersucht.
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Motivation
- Zielsetzung
- Aufbau der Arbeit
- Grundlagen
- Grundbegriffe, wichtige physikalische Größen und Formeln
- Morphologische Eigenschaften
- Rheologische Eigenschaften
- Leistungsparameter elektrochemischer Energiespeicher
- Technologiebeschreibung
- Aufbau und Funktionsweise der Lithium-Ionen-Batterie (LIB)
- Aufbau und Funktionsweise der Natrium-Ionen-Batterie (NIB)
- Prozessschritte der Fertigung von Lithium-Ionen-Batterien (LIB)
- Elektrodenfertigung
- Aufbereitung der Suspension
- Beschichten
- Trocknen
- Kalandrieren
- Slitting
- Nachtrocknen (Vakuumtrocknen, Infrarottrocknen)
- Zell-Assemblierung
- Vereinzeln
- Wickeln bzw. Stapeln
- Verpacken
- Elektrolytbefüllung
- Zell-Finishing
- Formierung
- Reifung („Aging“)
- Elektrodenfertigung
- Stand der Technik
- Verfahrensschritt: Aufbereitung der Suspension
- Verfahrensschritt: Beschichten
- Verfahrensschritt: Trocknen
- Verfahrensschritt: Kalandrieren
- Eigener Ansatz
- Ansatz zur Identifizierung möglicher Deskriptoren
- Beschreibung der experimentellen Versuchsdurchführung
- Ergebnisse
- Visualisierung der Einflussparameter und Deskriptoren
- Ergebnisse der Versuchsreihen
- Versuchsreihe 1: Beschichtung auf Aluminiumfolie
- Versuchsreihe 2: Beschichtung auf Kupferfolie
- Bewertung
- Interpretation der abgeleiteten Deskriptorenschaubilder
- Interpretation der Ergebnisse für die Versuchsdurchführung
- Zusammenfassung und Ausblick
- Zusammenfassung
- Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Masterarbeit untersucht den Einfluss von Materialeigenschaften und Prozessparametern auf den Herstellungsprozess von Lithium-Ionen-Elektroden in der Batteriezellfertigung. Dabei liegt der Fokus auf der Identifizierung von Deskriptoren, die für die Übertragung des bestehenden Prozesses auf die Herstellung von Natrium-Ionen-Batterien relevant sind. Neben der Analyse der Verfahrensschritte der Elektrodenfertigung wird eine Versuchsreihe mit einem repräsentativen Anodenmaterial einer Natrium-Ionen-Batterie durchgeführt.
- Analyse des Produktionsprozesses der Elektrodenfertigung einer Lithium-Ionen-Batterie
- Identifizierung von Deskriptoren für die Übertragung auf die Natrium-Ionen-Batterietechnologie
- Untersuchung des Kalandrierprozesses und dessen Einfluss auf die Eigenschaften einer Natrium-Ionen-Anode
- Bewertung der strukturellen und mechanischen Eigenschaften des Anodenmaterials in Abhängigkeit von der Verdichtungsrate
- Analyse der Auswirkungen der verschiedenen Verfahrensschritte auf die Leistungsparameter der Batteriezelle
Zusammenfassung der Kapitel
Die Arbeit beginnt mit einer Einleitung, die die Motivation und Zielsetzung der Arbeit sowie den Aufbau der Arbeit beschreibt. Im zweiten Kapitel werden grundlegende Begriffe und technische Kenngrößen definiert, die für das Verständnis der Abhandlung wichtig sind. Außerdem werden die Funktionsprinzipien der Lithium-Ionen-Batterie und der Natrium-Ionen-Batterie vorgestellt und die einzelnen Prozessschritte für die Fertigung von Lithium-Ionen-Batterien dargestellt.
Das dritte Kapitel befasst sich mit dem Stand der Technik und analysiert die Verfahrensschritte der Elektrodenfertigung einer Lithium-Ionen-Batterie. Es werden die Einflussgrößen der Prozesse und deren Auswirkungen auf die Materialeigenschaften untersucht. Im vierten Kapitel wird der Ansatz zur Identifizierung möglicher Deskriptoren beschrieben und die Versuchsdurchführung für die Untersuchungen der Natrium-Ionen-Anode vorgestellt.
Das fünfte Kapitel präsentiert die Ergebnisse der Arbeit, die die Einflussparameter aus dem dritten Kapitel graphisch aufbereiten und die Ergebnisse der Versuchsreihen für den Kalandrierschritt vorstellen. Anhand der Ergebnisse findet im sechsten Kapitel eine Interpretation und Beurteilung für die beiden untersuchten Aufgabenstellungen statt. Das abschließende siebte Kapitel fasst die Arbeit und die Erkenntnisse zusammen und umschreibt im Ausblick den weiteren Forschungsbedarf und die zukünftigen Entwicklungstendenzen.
Schlüsselwörter
Die Arbeit beschäftigt sich mit den Themen Lithium-Ionen-Batterie, Natrium-Ionen-Batterie, Elektrodenfertigung, Deskriptoren, Kalandrieren, Haftkraft, Materialeigenschaften, Leistungsparameter.
- Grundbegriffe, wichtige physikalische Größen und Formeln
- Arbeit zitieren
- Philipp Schollmeyer (Autor:in), 2020, Untersuchung des Einflusses von Materialeigenschaften und Prozessparametern auf den Herstellungsprozess von Lithium-Ionen-Elektroden in der Batteriezellfertigung und Analyse geeigneter Deskriptoren, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1131256
