InCa2 - Grenzflächen in All-Solid-State-Kompositkathoden - Verbesserung der Leistung und Verständnis von Schutzschichten

Mit Blick auf SSB, die mit konventionellen Lithiumionenbatterien konkurrieren können, bieten derzeit nur sulfidische Festelektrolyte die nötige hohe ionische Leitfähigkeit, die für den Einsatz in ausreichend leistungsfähigen Kathodenkompositen nötig ist. Für die Beurteilung der Qualität der Separatorschicht spielen die Prozessierbarkeit als sehr dünne Schicht (ca. 10 µm) und die Kompatibilität mit der Lithiummetallanode die entscheidenden Rollen. Da das Kathodenkomposit damit über die erreichbare Energie- und Leistungsdichte entscheidet, konzentriert sich InCa2 in der Nachfolge von InCa auf Sulfid/CAM-Komposite als erfolgversprechendstes Konzept. Es ist Stand der Wissenschaft, dass die Sulfid-basierten Elektrolyte schon bei Kathodenpotentialen von ca. 2,3 V – 2,4 V nicht mehr thermodynamisch stabil sind und durch Oxidation (Lithiumextraktion) degradieren. Ausgangspunkt für das nun beantragte Projekt ist eben diese Oxidation des Festelektrolyte, die nur durch die funktionale Beschichtung des CAM mit einem geeigneten "Puffer"-Material vermieden werden kann.6 Die Entwicklung dieser funktionalen Beschichtungen ("coatings") ist eines der weltweit intensiv verfolgten Forschungs- und Entwicklungsziele. Es ist aber bisher nicht systematisch untersucht worden, ob und in welchem Umfang die oxidative Alterung des Festelektrolyten durch ein "CAM-coating" unterdrückt werden kann. Es gibt eine Reihe von Arbeiten, in denen funktionale Beschichtungen demonstriert werden.78 Detaillierte und quantitative Untersuchungen zur verlangsamten Alterung des Festelektrolyten sind aber bisher nicht berichtet worden. Die Dicke der verwendeten Kathodenschichten bestimmt, zusammen mit dem Füllgrad an Kathodenmaterial im Komposit, über die spezifische Kapazität und die spezifische Leistung der Vollzelle. Daher soll die Dickenabhängigkeit der Leistungsdaten untersucht sowie die Alterungseffekte als Funktion der Dicke der Kathodenschicht zu quantifiziert werden.