Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung von Bindermaterialien und Kontaktierungstechnologien für die Fertigung

von Batteriezellen auf der Basis elektrisch leitfähiger Klebstoffe LeiKonBin

Ziel des Vorhabens LeiKonBin ist die Verbesserung der Performance von Lithium-Ionen-Batterien durch die Verwendung von Klebstoffen als Bindermaterial. Die Lebensdauer und Sicherheit der Lithium-Ionen-Batterien, die wesentlich durch die Delamination und Rissbildung der Elektrodenbeschichtung beeinflusst werden, können aufgrund der Adhäsion geeigneter Klebstoffe auf Aluminium und Kupfer und ihrer variabel einstellbaren Flexibilität erhöht werden. Reaktive Klebstoffe ermöglichen den Einsatz gesundheitlich unbedenklicher Lösemittel und eine Reduktion ihrer Menge, womit neben der besseren Umweltverträglichkeit auch eine Kostenreduktion einhergeht. Zur Optimierung der elektrischen Leitfähigkeit können elektrisch leitfähige Klebstoffe eingesetzt werden. Klebverfahren sind dabei insbesondere für dünne Fügepartner (Ableiter) geeignet. Im Gegensatz zu anderen Fügeverfahren erfolgt kein Wärmeeintrag, der die temperaturempfindliche Siegelnaht einer Pouchzelle und den Elektrolyten schädigen könnte. Eine geeignete Auslegung der Verbindungsstelle zwischen den Ableitern und die anwendungsspezifische Auswahl des Klebstoffsystems erlauben die Tolerierung der dynamischen Belastung, wie sie beispielsweise in Kraftfahrzeugen auftreten. Der neue Binder soll im Idealfall die Leistung und die Lebensdauer einer Zelle deutlich erhöhen.

Durch den Klebstoffeinsatz können die Produktionskosten bei der Fertigung von Lithium-Ionen-Zellen deutlich verringert werden, da umweltfreundliche Materialien eingesetzt werden und die Handhabung bei der Verarbeitung unkompliziert ist. Eine solche Anpassung der Verfahrensschritte generiert einen Technologievorsprung besondere für die zu den KMU zählenden Unternehmen entlang der Fertigungskette. Die Verringerung der Produktionskosten, höherwertige Zellen und neue Technologien steigern die Wettbewerbsfähigkeit der KMU und der deutschen Industrie vor allem gegenüber den asiatischen Mitbewerbern.

Ergebniszusammenfassung:

A ls aussichtsreiche Klebstoffe in der Binderentwicklung für Lithium-Ionen-Batterien wurden vorpolymerisierte E

poxidharze, insbesondere das ELO46 der Firma Hobum Oleochemicals, identifiziert. Als Lösemittel wurde anstelle

des toxischen NMP, Methylethylketon eingesetzt, das kostengünstig und toxikologisch unbedenklich ist. Als

leitfähige Polymere wurden Polyanilin (PANI) und Poly(3,4-ethylendioxythiophen)-poly(styrolsulfonat) (PEDOT:

PSS) herangezogen. Beim Kontaktieren wurden silbergefüllte Epoxidklebstoffe und ein epoxidbasiertes

Infusionsharz mit Grafit, Ruß und Nanotubes in unterschiedlichen Mengen hergestellt und bezüglich Haftung und

elektrische Widerstände mit ultraschallgeschweißten Folien verglichen. Bezüglich Haftung konnte ermittelt werden,

dass die Klebstoffe den ultraschallgeschweißten Proben in nichts nachstehen. Allerdings übertraf die elektrische

Leitfähigkeit nicht die ultraschallgeschweißte Referenz.