Einfluss der Elektrolytmenge auf Alterung von Lithium-Ionen-Batterien

Eine entscheidende Stellschraube, um Lithium-Ionen-Batterien weiter zu verbessern, ist der Elektrolyt. Nicht nur seine Zusammensetzung beeinflusst die Performanz und Lebensdauer der Zellen entscheidend, sondern auch seine Menge. Doch gerade die Erforschung des Einflusses von letzterem ist bisher noch unterrepräsentiert.  Mithilfe umfassender Post-mortem-Analysen hat ein Team des MEET Batterieforschungszentrums der Universität Münster und der Technischen Universität München nun entschlüsselt, wie sich die Elektrolytmenge auf den Alterungsprozess auswirkt. Die Wissenschaftler*innen untersuchten drei verschiedene Elektrolytzusammensetzungen.

Gegenseitige Abhängigkeit von Additivmenge und Elektrolytvolumen wirkt sich maßgeblich auf den Alterungsmechanismus aus

Für jede dieser Zusammensetzungen verglichen die Forscher*innen Zellen, die sich durch den Anteil des zugeführten Elektrolyten unterschieden. „Wir haben dessen einzelne Komponenten differenziert untersucht. Durch die Variation der Elektrolytmenge konnten wir Unterschiede in der Zellleistung, etwa verursacht durch eine kontinuierliche Zersetzung des Elektrolyten, minimieren und weitere Alterungseffekte unterdrücken“, sagt MEET Forscher Christian Lechtenfeld. Die Ergebnisse zeigen, dass insbesondere die Additivmenge empfindlich von dem zugegebenen Elektrolytvolumen abhängt. Mithilfe komplementärer analytischer Methoden beleuchtete das Team diese sensitive Abhängigkeit, um ein tieferes Verständnis für deren komplexen Einfluss auf die Lebensdauer und das Alterungsverhalten der einzelnen Zellkomponenten zu gewinnen. „Auf Basis dieser Erkenntnisse ist es nun möglich, das optimale Füllvolumen und die passgenaue Additivmenge leichter zu identifizieren“, so Lechtenfeld.

Julius Buchmann, Doktorand am MEET Batterieforschungszentrum und der Internationalen Forschungsschule für Batterie-Chemie, Charakterisierung, Analyse, Recycling und Anwendung (BACCARA), resümiert: „Indem wir sowohl die Zusammensetzung des Elektrolyten als auch sein Volumen auf Basis der zellspezifischen Eigenschaften anpassen, können wir die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien noch weiter steigern.“

Detaillierte Ergebnisse online verfügbar

Die gesamte Studie haben die Forschenden Christian Lechtenfeld, Julius Buchmann, Marlena M. Bela, Stefan van Wickeren, Dr. Simon Wiemers-Meyer und Dr. Sascha Nowak, MEET Batterieforschungszentrum, Prof. Dr. Martin Winter, MEET Batterieforschungszentrum und Helmholtz-Institut Münster des Forschungszentrums Jülich, sowie Jan Hagemeister, Sandro Stock und Prof. Dr. Rüdiger Daub, Technische Universität München, im Fachmagazin „Advanced Science” veröffentlicht.