
Leo Harthun
Otto-von-Taube Gymnasium
Titel der Forschungsarbeit: Einfluss der Binder auf die Zyklenstabilität von Silizium-Kohlenstoff-Kompositelektroden in Lithium-Ionen-Batterien
School: TUM School of Natural Sciences
Department: Department of Chemistry
Forschungsgruppe: Lehrstuhl für Technische Elektrochemie
Betreuung: Michael Geserer, Jonas Dickmanns und Per Finne
Abstract der Forschungsarbeit
Mit der fortschreitenden Technologisierung werden leistungsstarke Batterien benötigt. Während Silizium zwar eine sehr hohe Kapazität aufweist, führt die Volumenausdehnung von bis zu 280% zu einer sehr geringen Lebensdauer. Um die hohe Kapazität voll ausschöpfen zu können und das Problem der Volumenausdehnung zu lösen, wird Graphit eingesetzt. Graphit hat zwar eine geringere Kapazität, dafür aber eine sehr geringe Volumenausdehnung. Silizium-Komposit vereint die Vorteile beider Materialien und gilt als vielversprechendes Material für Lithium-Ionen-Batterien. In dieser Arbeit wird Silizium-Komposit als Anodenmaterial verwendet. Dabei werden drei verschiedene Binder in der Anode getestet, welche einen dauerhaften Kontakt zwischen dem Aktivmaterial und dem Elektrolyten garantieren sollen. Hierfür wurden ein Referenzbinder, LiPAA als Binder sowie ein Binder ähnlich dem Referenzbinder, jedoch mit höherem CMC-Gehalt, angeschaut. Für jeden Binder wurden die Anoden hergestellt, die anschließend mit den Kathoden abgestimmt und pro Binder 2–4 Zellen gebaut. Durch wiederholtes Aufladen und Entladen der Zellen wurde festgestellt, dass die Referenzzelle gegenüber der Zelle mit LiPAA als Binder über mehr Zyklen hinweg eine Kapazität von über 70% halten kann. Denn während die Referenzzellen über 350 Zyklen hinweg geladen und entladen wurden, wurden die Zellen mit LiPAA nur 50 Zyklen lang geladen und entladen. Das schließt darauf, dass LiPAA als Binder für dieses Material nicht geeignet ist. Auch ein Binder mit mehr CMC wurde getestet, wobei dieser die Kapazität so schnell verlor, dass der Versuch wiederholt werden sollte, da ein Fehler bei der Herstellung vermutet wird. Der Binder LiPAA ist nicht geeignet als Binder in der Anode für Silizium-Komposit, da der Referenzbinder bessere Messergebnisse erzielen konnte. Der Binder mit mehr CMC sollte in einem neuen Versuch erneut untersucht werden, da dieser in der Coulomb Effizienz nach dem ersten Zyklus vielversprechend wirkt.
