Vergleich alternativer Lösemittel für die Kathodenherstellung von Lithium-Ionen-Batterien

Um positive Elektroden (Kathoden) für Lithium-Ionen-Batterien herstellen zu können, bedarf es derzeit noch des Lösemittels N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP). Es zeichnet sich durch gute Benetzungseigenschaften, einen hohen Siedepunkt, der eine kontrollierte Verdampfung während der Elektrodentrocknung ermöglicht, sowie eine adäquate Löslichkeit des herkömmlich verwendeten Bindemittel Polyvinylidendifluorid (PVDF) aus. Gleichzeitig ist es aber auch gesundheitsgefährdend und, wenn es nach der Trocknung nicht zurückgewonnen wird, umweltschädlich. Mit dem Ziel, NMP als Lösemittel zu ersetzen, ohne dass die Performanz der Batteriezellen sinkt, hat ein Team des MEET Batterieforschungszentrums der Universität Münster nun potenzielle Lösemittel für die Kathodenherstellung miteinander verglichen.

Innovatives Lösemittel kann direkt in der Produktion eingesetzt werden

Untersucht hat das Team unter anderem den Einfluss der Lösemittel Dihydrolevoglucosenone (Cyrene) und Dimethylsulfoxid (DMSO). „Dabei erzielte Cyrene in Bezug auf die Performanz keine überzeugenden Ergebnisse. DMSO hingegen liefert ähnlich gute Werte wie NMP“, erklärt MEET Wissenschaftler Candeniz Gercek. Ein weiterer Vorteil von DMSO: Das Lösemittel kann unverändert in den Produktionsprozess eingesetzt werden, Anpassungen sind nicht erforderlich. „Der Austausch von NMP durch DMSO ist ein wichtiger Schritt in Richtung einer nachhaltigeren Elektrodenproduktion“, so Gercek.

Zusätzlich zum kosten- und energieintensiven Trocknungsprozess führt die Rückgewinnung von NMP zu einem deutlich erhöhten Energiebedarf in der Batterieproduktion. Dr. Markus Börner, Leiter des Forschungsbereichs System Zelle am MEET Batterieforschungszentrum, ordnet ein: „Es ist sowohl ökologisch als auch ökonomisch von immenser Bedeutung, NMP zu ersetzen. Mit unseren Ergebnissen liefern wir dafür einen entscheidenden Beitrag.“

Detaillierte Ergebnisse online verfügbar

Die gesamte Studie haben die Forschenden Candeniz Gercek, Johanna Kauling, Dr. Bastian Heidrich, und Dr. Markus Börner, MEET Batterieforschungszentrum, sowie Prof. Dr. Martin Winter, MEET Batterieforschungszentrum und Helmholtz-Institut Münster, im Fachmagazin „ACS Applied Energy Materials” veröffentlicht.