Für Lithium-Ionen-Batterien mit siliziumbasierten Anoden hat Asahi Kasei eine Prä-Lithiierungstechnologie entwickelt, die Lithiumcarbonat als zusätzliche Lithiumquelle nutzt.

Worum geht es?

Spezielle Elektrolytadditive ermöglichen die Zersetzung des Lithiumcarbonats innerhalb des typischen Spannungsbereichs konventioneller Lithium-Ionen-Batterien und sollen damit irreversible Kapazitätsverluste beim ersten Lade- und Entladezyklus reduzieren.

Siliziumbasierte Anoden können beim ersten Ladevorgang einen irreversiblen Kapazitätsverlust aufweisen. Um diesen auszugleichen, ist ansonsten zusätzliches aktives Kathodenmaterial erforderlich, was den Materialeinsatz erhöht.

Die entwickelte Methode…

setzt stattdessen Lithiumcarbonat zur Prä-Lithiierung ein. Dessen Zersetzungsspannung liegt normalerweise oberhalb des nominalen Betriebsspannungsbereichs von Lithium-Ionen-Batterien. Die Elektrolytadditive fördern die Zersetzung bereits bei niedrigeren Spannungen. Während der ersten Ladung wird dadurch zusätzliches Lithium bereitgestellt.

In internen Tests kam eine NMC-Zelle mit einer Anode aus 90% Graphit und 10% Siliziummonoxid (SiO) zum Einsatz. Nach Unternehmensangaben erhöhte die Prä-Lithiierung dabei die Energiedichte um 10% und verbesserte zudem die Zyklenfestigkeit.

Die Technologie soll sich ohne wesentliche Anpassungen bestehender Batterieproduktionslinien einsetzen lassen und mit verschiedenen Kathoden- und Anodenmaterialsystemen kompatibel sein.

Entwicklungsunterstützung

Für die weitere Erprobung sind weltweite Proof-of-Concept-(PoC)-Evaluierungen gemeinsam mit Kunden vorgesehen. Zudem ist eine Lizenzierung der Technologie geplant.

Die Prä-Lithiierung ist für Lithium-Ionen-Batterien mit siliziumbasierten Anoden beziehungsweise hohem Siliziumanteil vorgesehen. Als Anwendungen werden Elektrofahrzeuge und humanoide Roboter denkbar.