Innovation und Envites Energy gibt mit cerman.power+ Battery Details zu einem neuen Patent bekannt

Das Nordhäuser Unternehmen Envites Energy setzt auf Technologie und gibt eine neue Patentanmeldung bekannt. Diesmal geht es um Komposit- Material und Elektroden für Batteriezellen der neuen Generation von Batteriezellen, insbesondere Feststoffbatterien (SSB).

HE- Hochenergiezellen, HP-Hochleistungszellen, PH/EV-Plug-in Elektrofahrzeug (EV)-Zellen oder Feststoffbatterien (SSB) sind Batteriezellen, deren Eigenschaften hinsichtlich Energie, Leistung, Sicherheit, Lebensdauer, Ladefähigkeit und Kosten,  in der nächsten Entwicklungsstufe oder Entwicklungsgeneration „next Generation Batteriezelle“ eine innovative Rolle spielen, die mehr und mehr auch durch mehr Nachhaltigkeit geprägt ist. Diese Batterien werden dem Trend der verbesserten Kombination von Energiegehalt und Leistung gerechter und bieten eine hohe Sicherheit in Anwendung und Beförderung, da bestimmte Sicherheitsproblem im Stand der Technik schlicht überwunden werden, damit signifikante Fehlerquellen obsolet sind.

Auch die Frage des verdichteten Aktivmaterials, welches auf einem gegebenen Raum/Volumen aufgegeben werden kann, lässt zu wünschen übrig. Das liegt wiederum vorzugsweise daran, dass bestimmte Limitierungen in den Beschichtungsverfahren bestehen, um die Elektroden oder Komponenten herstellen zu können. Auch in dem Fall, wenn dies in einem Prozess (co-extrusion, spottern, drucken) erfolgt. Grundsätzlich ist es aber vorzugsweise noch so gegeben, dass die negative und die positive Elektrode (Anode und Kathode) separat hergestellt wird.

Andererseits bedingen Material und Bauraum weitere Gegebenheiten. Bekannt ist, dass grundlegende Informationen wie Vor- und Nachteile von Feststoffbatterien oder All-Solid-State (ASSB- und LMB-Technologien): gute Sicherheit, insbesondere bei Brand und Kurzschluss durch Verwendung eines Festelektrolyten auf Sulfidbasis ohne Dendriten-Probleme gegeben sind, d.h. es kommt zu keinen Kurzschlüssen oder Abscheidungen von metallischem Lithium in den Zellen (Dendriten). 

Daher wurde ein neues Komposit-Material erfunden, ein Komposit- Material und Elektroden für vorzugsweise HE/HP oder PHEV Batteriezellen, etwa für Typen von Feststoffbatterien (SSB), wobei als Kompositmaterial zwei Typen eingesetzt werden, die erfindungsgemäß carbon black  und CNT umfassen. Ein Beispiel für HE-Batterien ist ein Komposit- Material und Elektroden, wobei als Komposit-Material zwei Typen eingesetzt werden, die C-65 und CNT umfassen, die bei der positiven Elektrode mit etwa 0,5 % CNT ein Drittel umfasst.

Vorteile der erfinderischen Lösung ergeben sich vorzugsweise zu einer erhöhten Sicherheit, auch Widerstandsfähigkeit gegen Missbrauch-Tests, längerer Lebensdauer bei höherer Belastbarkeit und vermindertem Aufwand für die Anordnung und Betrieb (weniger elektronischer, aktiver oder passiver Schutz, weniger Kühlung, resp. Temperierung), kompatibel in diversen elektrochemischen Systemen, verminderter Prozessaufwand, in einer bevorzugten Ausführung ist kein vorheriges dispergieren/dispensieren erforderlich, es werden höhere Beladungsdichten, Energie- und Leistungsdichten bei verlängerter zyklischer und kalendarischer Lebensdauer erzielt und nicht zuletzt werden die Elektroden flexibilisiert, wie dies die Beispiele in der Beschreibung zeigen. Einhergeht eine geringer Fußabdruck im Kohlenstoff, schnellerer Prozessierung, länger verwendbare Komposit Materialien, d.h. verbesserte Durchlaufzeiten, Lagerzeiten, damit wird das Invest (CAPEX) reduziert. Die Elektroden haben reduzierte Trocknungszeiten (baking) und es werden Prozessmittel, wie beispielsweise NMP-Lösungsmittel reduziert. Eine optimierte Auslegung und Dosierung dieser erfinderischen Komposit Materialien für die Elektroden bedeutet eine verbesserte Materialausnutzung. Vorbereitete Blends des oder mit dem  Komposit-Materials unterstützen den Einsatz hoch Nickel-reicher Materialien vorzugsweise, wenn diese inert oder im Batch getrocknet und unter Ausschluss von Atmosphäre und insbesondere Sauerstoff der Weiterverarbeitung zugeführt und gelagert werden. Bisher war es ein Nachteil, dass eine Materialaufbereitung für Akkumulatoren nur begrenzt haltbar (bspw. 8h) sind und somit für die Anlagen entsprechend aufwändigere Mischtechnik oder dergleichen vorgehalten und investiert werden mussten. Die erfindungsgemäße Lösung kann bevorzugt in Batteriesystemen eingesetzt werden, deren positive Elektrode ein, eine Variation von oder Gemische von NCM 622, 111, 532, LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811), oder auch LiNi0,9Co0.2Mn, LiMn2O4, LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 (NCM622), and LiNiCoAlO2 (NCA) als Material enthalten, nicht zuletzt geht auch ein keramisches Material wie Lithium-Eisen-Phosphat (LFP).

Hohe Energiedichte wie 400~900Wh/L, die den bisher oft eingesetzten  Anodengraphit durch Lithium-Materialien, wie metallisches Lithium, Coatings, Platings und dergleichen, ersetzt, ist ein Kennzeichen der Feststoffbatterien (SBB)  mit metallischem Lithium in der negativen Elektrode.  Diese SSB zeigen eine hervorragende Leistung, nach > 2.000 Zyklen (D.O.D. 100%) zeigt dieselbe immer noch eine Restkapazität von über 80% der ursprünglichen Kapazität  und funktioniert gut unter extremen Temperaturbedingungen von -40~+50 C. Normalerweise sind hochpolarisierbare Anionengerüste vorzuziehen für die Ionenleitung, weshalb Sulfidmaterialien die höchste Ionenleitfähigkeiten (bis ≈10−2 S cm−1) bieten. Envites Energy Sprecher Tim Schäfer betont: „Wir haben mit dem Komposit-Material bereits nachgewiesen, wie gut die Eigenschaften verbessert werden können, jetzt kommt es unserem Team darauf an, dass wir diese Innovation Partnern und Interessenten einbringen können, das ist unser Ziel“.

Das visualisiert exemplarisch der Graph ( rot- mit Komposit-Material), gegen Ausführung im Vergleich ohne das innovative Komposit-Material.

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    Mit dem innovativen Kompositmaterial erzieltes Projektergebnis kommerzielle Zellentwicklung als Beispiel. Zyklenzahl prolongiert. Partner zur Vermarktung gesucht.

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• Originalmeldung von Envites Energy Gesellschaft für Umwelttechnik und Energiesysteme mbH
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