Additiv Lithiumdifluorophosphat ermöglicht neue Elektrolytzusammensetzungen

Weiterführende Studie zum Einsatz von Ethylencarbonat und Fluorethylencarbonat als Lösungsmittelgemisch

Passgenaue Elektrolytformulierungen sind entscheidend, um die kontinuierliche Zersetzung der Aktivmaterialien in Batteriezellen zu verringern und so Kapazitätsverlusten entgegenzuwirken. Insbesondere der gezielte Einsatz von Additiven hilft dabei, unerwünschte Nebenreaktionen innerhalb der Zellen zu minimieren.  Ein Team des MEET Batterieforschungszentrums der Universität Münster hat nun verschiedene Elektrolytformulierungen für Batterien für Hochvoltanwendungen untersucht. Dabei kombinierten die Wissenschaftler unterschiedliche Konzentrationen von Fluorethylencarbonat (FEC) mit Lithiumdifluorophosphat (DFP) und führten anschließend Langzeitzyklen-Untersuchungen durch.

Synergieeffekte durch das Additiv DFP

Mit ihrer Arbeit bauen die Forschenden auf den Ergebnissen einer vorherigen Studie auf. Bei dieser hatten die Wissenschaftler bereits festgestellt, dass Elektrolyte, die zu ähnlichen Teilen aus Ethylencarbonat (EC) und FEC bestehen, bei Hochvoltanwendungen zu einer schlechteren Performanz führen als der standardisierte Elektrolyt basierend auf EC und Ethylmethylcarbonat (EMC). Erst wenn EC komplett durch FEC ersetzt wurde, verbesserte sich die Performanz unabhängig von der Spannung

© Small Methods, Wiley

Um zu prüfen, ob EC und FEC dennoch als Co-Solvens eingesetzt werden können, ergänzte das Team den Elektrolyten in der aktuellen Studie um das Additiv DFP. „DFP wird in der Regel eingesetzt, um das Auflösen von Übergangsmetallen zu verhindern“, erklärt MEET Forscher Nick Fehlings. „Wir haben gezeigt, dass das Additiv in Verbindung mit FEC synergetische Effekte hat und auch die Elektrolytzersetzung verringert. Dadurch ist der Einsatz von EC und FEC als Co-Solvens möglich. Die Kombination erzielte sogar eine bessere Performanz als der Standard-Elektrolyt basierend auf EC und EMC.“

Mithilfe instrumenteller Analytik identifizierten die Wissenschaftler zunächst die während der Zyklisierung entstehenden Alterungsprodukte. Ihre genaue Analyse ergab, dass die Zersetzungsprodukte von FEC und DFP den negativen Effekten der reinen FEC-EC-Kombination entgegenwirken. „Durch die Ergebnisse verstehen wir besser, wie die Elektrolytkomponenten FEC und DFP miteinander interagieren“, resümiert Fehlings. „Solche mechanistischen Erkenntnisse sind essenziell, um Elektrolyte gezielt zu designen und so die Langzeit-Performanz von Batteriezellen für Hochvoltanwendungen zu steigern.“

Gesamte Studie online verfügbar

Die detaillierten Ergebnisse haben die Forschenden Nick Fehlings, Alexandros Tsoufios, Tim Messink, Dr. Simon Wiemers-Meyer und Dr. Sascha Nowak, MEET Batterieforschungszentrum, sowie Prof. Dr. Martin Winter, MEET Batterieforschungszentrum und Helmholtz-Institut Münster des Forschungszentrums Jülich, im Fachmagazin „Small Methods” veröffentlicht.