CharLiSiKo – Charakterisierung von Lithium-Abscheidungen auf Graphit-Anoden und Silicium-Graphit-Kompositanoden.

Während der Ladung bei tiefen Temperaturen und hohen Ladeströmen (d.h. Schnellladung) kann es zur Abscheidung von Lithiummetall auf Graphit- und Silizium/Graphitanoden kommen. Durch Reaktion von Elektrolyt mit Lithium und elektrischer Dekontaktierung kommt es zu Kapazitätsverlust. Zudem kann Li-Plating durch Dendritenbildung und exotherme Reaktionen die Sicherheitseigenschaften von Li-Ionenzellen verschlechtern.

Modell von Li-Plating auf einer Si/Graphitanode
© Quelle: ZSW

Ziele des Projekts CharLiSiKo sind deshalb

1) Die Weiterentwicklung bestehender und die Entwicklung neuer experimenteller operando und ex-situ Methoden sowie von elektrochemischen Modellierungen auf Elektroden- und Zellebene von Li-Plating auf Graphit- (0% Silizium) und Silizium /Graphitanoden (> 0% Silizium).

2) Die Validierung der Methoden bzgl. Reproduzierbarkeit und Vergleich mit komplementären Methoden.

3) Die Erarbeitung effizienter und reproduzierbarer Workflows für die Charakterisierung von Li-Abscheidungen auf Graphit und auf Silizium/Graphit Kompositanoden

4) Die Verhinderung bzw. Verminderung von Li-Abscheidungen auf Graphitanoden und Silizium /Graphit Kompositanoden.

Die Methoden reichen von GD-OES Tiefenprofilanalyse, Zellen mit Li-Referenzelektroden und in-situ optischer Mikroskopie (ZSW), über operando Kraftmessung, operando XRD an Halbzellen und Mikrostrukturanalyse (Hochschule Aalen) und operando XRD an Vollzellen, Neutronenbeugung und Neutronentiefenprofilanalyse (MLZ, TUM), bis hin zu Oberflächen-, 3D-homogenisierten, und Strukturaufgelösten Simulationen (DLR).

Das Projekt CharLiSiKo leistet somit einen wichtigen Beitrag um Li-Plating in Lithium-Ionenzellen besser zu verstehen und zu vermeiden.