Innovativer Formierungsprozess für Lithium-Ionen-Batterien reduziert Energie- und Zeitaufwand

Gesteigerte Effizienz und Nachhaltigkeit in der Batterieherstellung

Unerlässlich in der Produktion von Lithium-Ionen-Batterien, aber verbunden mit einem erheblichen Zeit- und Energieaufwand, ist ihre Formierung. Während dieser ersten Lade- und Entladezyklen wird die Schutzschicht zwischen Elektroden und Elektrolyt aufgebaut. Ein Team des MEET Batterieforschungszentrums der Universität Münster hat nun einen innovativen Formierungsprozess entwickelt, der den Zeit- und Energieverbrauch reduziert, während gleichzeitig die Performanz und Lebensdauer der Batterien erhalten bleiben.

Kombination aus niedriger Spannung und definierten Ladeströmen

Die Wissenschaftler untersuchten, wie sich verschiedene Spannungsfenster und Ladeströme auf den Formierungsprozess auswirken. Sie identifizierten eine Kombination aus niedrigen Ladeströmen von 0,5 C und 0,2 C bis zu einer Spannungsgrenze von 3,6 Volt als optimale Parameter für den Formierungsprozess. „Auf diese Weise lässt sich der Zeitaufwand um bis zu 85 Prozent reduzieren und der Energieverbrauch um mehr als 80 Prozent“, erklärt MEET Forscher Christian Clephas. Gleichzeitig blieben die Performanz und Lebensdauer der Batterien unverändert. Nach der zyklischen Alterung stellten die Forschenden sogar einen leichten Anstieg des Kapazitätserhalts fest.

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Zudem analysierte das Forschungsteam die dQ/dV- vs. Kapazitätskurve, die genaue Einblicke in das Batterieverhalten zu bestimmten Ladezuständen der Lade- und Entladezyklen gibt. Dabei beobachteten sie die Elektrolyt-Zersetzungs-Spitzen, um die Mechanismen während der Formierung noch besser zu verstehen und dadurch die angelegten Ladeströme während des Formierungsprozesses entsprechend optimieren zu können. „Unsere Ergebnisse sind ein wichtiger Schritt, um die Effizienz und Nachhaltigkeit in der Batterieherstellung zu steigern“, bilanziert Clephas.

Detaillierte Ergebnisse online verfügbar

Die gesamte Studie haben die Forschenden Christian Clephas, Dr. Bastian Heidrich und Dr. Philip Niehoff, MEET Batterieforschungszentrum, sowie Prof. Dr. Martin Winter, MEET Batterieforschungszentrum und Helmholtz-Institut Münster des Forschungszentrums Jülich, im „Journal of The Electrochemical Society” veröffentlicht.