Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Entwicklung von epoxid-basierten Bindern auf Basis nachwachsender Rohstoffe für den Einsatz in Lithium-Ionen-Batterien; Teilvorhaben 2: Entwicklung und Charakterisierung biobasierter Epoxidklebstoffkomponenten

Anschrift
Johann Heinrich von Thünen-Institut Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei - Institut für Agrartechnologie
38116 Braunschweig
Bundesallee 47
Kontakt
Dr. Henning Storz
Tel: +49 531 596-4127
E-Mail: henning.storz@thuenen.de
FKZ
22006415
Anfang
01.11.2015
Ende
31.10.2018
Aufgabenbeschreibung
Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines epoxidbasierten Bindemittelsystems auf Basis nachwachsender Rohstoffe für den Einsatz in Lithium-Ionen-Batterien. Als Rohstoffe werden biobasierte ungesättigte Verbindungen wie Öle oder Fette und kurzkettige biobasierte ungesättigte Polyester eingesetzt bzw. entwickelt und abschließend epoxidiert. Durch Wahl der eingesetzten Monomere und Herstellungsverfahren werden die neuen Epoxidharze hinsichtlich Festigkeit, Porosität und elektrischen Eigenschaften speziell für Anwendungen in Li-Ionen-Batterien optimiert. Das Thünen-Institut ist für die Entwicklung der Epoxidklebstoffkomponenten auf Basis nachwachsender Rohstoffe verantwortlich und führt die damit verbundenen Synthese und Charakterisierungsarbeiten (Veresterungen, Epoxidierungen, Quantifizierung funktioneller Gruppen, thermische, rheologische und dynamisch mechanische Analyse) durch. Das Institut für Füge- und Schweißtechnik ifs wird in diesem Vorhaben aufgrund der Kompetenzen im klebtechnischen Bereich die Analytik der für einen Klebstoff charakteristischen Eigenschaften vornehmen und in enger Zusammenarbeit mit dem Thünen-Institut die Epoxid-Binder modifizieren. Die Einarbeitung des Aktivmaterials, Vorversuche zur Herstellung von Elektrodenfolien sowie die Bestimmung der Eigenschaften der Batteriezellen (Leitfähigkeit, Porosität u.a) und erste Vorversuche zur Herstellung von Elektrodenfolien werden ebenfalls am ifs durchgeführt. Diese Vorversuche werden begleitet von der Custom Cells Itzehoe GmbH, die ausgehend von den optimierten Bindern und Rezepturen der Vorversuche und ausgehend von den Ergebnissen der Charakterisierungen die Laborprozesse in ein industriell realisierbares Verarbeitungskonzept (Scale -Up ) erarbeitet.
Ergebnisdarstellung
Im Forschungsprojekt wurden alternative Binder aus nachwachsenden Rohstoffen für den Einsatz in Lithium-Ionen-Batterien insbesondere zur Befestigung des Elektrodenmaterials entwickelt und getestet. Der Fokus lag auf biobasierten Zweikomponentensystemen aus Epoxiden und Härtern, die den standardmäßig eingesetzten Binder auf petrochemischer Basis vollständig ersetzen sollten ohne die Eigenschaften der Batterie, sowie deren Prozessierung zu beeinflussen. Im Projektverlauf wurden insgesamt 21 Epoxid/Härter-Bindersysteme als alternative biobasierte Binder für die Herstellung von Elektroden der Lithium-Ionen-Batterien entwickelt. Zur Entwicklung und Herstellung der Epoxidklebstoffkomponente wurden kommerziell verfügbare Epoxide herangezogen wie bspw. fettsäuremodifizierte Bisphenol-A-Diglycedylether oder epoxidierte Pflanzenöle. Der Bioanteil der ausgehärteten 2K-Epoxid-Bindemittelsysteme wurde erhöht, indem biobasierte Härter, wie bspw. fettsäuremodifizierte Amine, Bernsteinsäureanhydrid und fettsäuremodifizierte Dicarbonsäuren verwendet wurden. Mit diesen Erkenntnissen konnten erste Batteriekathoden gefertigt werden. Im Scale-up-Versuch war es möglich, ausgesuchte Systeme industrienah zu verarbeiten. In den Bereichen der Haftung, der Elastizitätseigenschaften und der Trocknungseigenschaften wurden sehr gute Ergebnisse erzielt. Insbesondere das Molekulargewicht der eingesetzten Binder ist ausschlaggebend für die Herstellung und auch später für die Performance der Batteriezellen. Die erarbeiteten Ergebnisse zur Aushärtung biobasierter Epoxide mit Härtern sind sehr aussichtsreich. Die Charakteristika und Anwendungsmöglichkeiten beschränken sich nicht nur auf die Batteriebeschichtungen. Die Eigenschaftsprofile lassen die Möglichkeit zu, konventionelle Epoxide aber auch andere Klebstoffe, je nach Anforderungskriterien zu substituieren.

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