Präparation und elektrochemische Eigenschaften von Lithium-Schwefel-Batterien

Abstract

In dieser Arbeit werden Kathoden für Lithium-Schwefel-Batterien hergestellt und deren Eignung hinsichtlich Kapazität und Zyklisierungsvermögen der Batterien untersucht. Die Kathoden bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Substrat, auf das das Aktivmaterial aufgetragen wird. Das Aktivmaterial setzt sich aus Schwefel, einem bestimmten Kohlenstoff, einem Binder und einem Plastifizierungsmittel zusammen. Es kommen vier unterschiedliche Substrate zum Einsatz: Aluminium-Folie, Graphit-Folie, Kohlenstoff-Faser-Gewerbe und Nickel-Schaum. Das Auftragen des Aktivmaterials auf das Substrat erfolgt in Form einer nassen Suspension. Dazu werden die Inhaltstoffe mit verschiedenen Lösungsmitteln vermischt. Es werden zwei verschiedene Verfahren zum Auftragen der Suspension auf das Substrat angewandt: Zum einen wird das Substrat von Hand beschichtet, zum anderen wird mit einem neu eingeführten maschinellen Suspensions-Sprühverfahren beschichtet. Die Mischung der Suspension wird ebenfalls variiert. Es werden zwei verschiedene Binder mit unterschiedlichen Lösungsmitteln erprobt. Die mit den vorgefertigten Schwefel-Kathoden produzierten Lithium-Schwefel-Batterien durchlaufen in der Regel 50 Lade-Entlade-Zyklen. Anschließend werden die Kathoden Untersuchungen unterzogen. Die höchsten Kapazitäten erreichen gesprühte Kathoden mit Aluminium- und Nickel-Schaum-Substrat. Als Binder wird Polyvinylidenfluorid gelöst in Dimethylsulfoxid bevorzugt.