Nicht-poröse Separatoren von Toray Industries könnten die Kapazität von Li-Ionen-Batterien erhöhen und die Sicherheit der Batterien in tragbaren elektronischen Geräten und Elektrofahrzeugen verbessern, berichtete Electronics Weekly.

Da der Markt für Lithiumbatterien weiter wächst, besteht Bedarf, deren Kapazität und Energiedichte zu steigern. Lithium-Metall-Anodenbatterien mit ihrer hohen theoretischen Kapazität und ihrem niedrigen Redoxpotential erhalten nun mehr Aufmerksamkeit. „Diese Anode wurde jedoch noch nicht praktisch eingesetzt, da sich beim Laden Lithium-Dendriten auf der Lithium-Metalloberfläche bilden, die Separatoren durchdringen und Kurzschlüsse verursachen, welche die Sicherheit beeinträchtigen. Lithium-Dendriten bilden sich entlang der Poren des mikroporösen Films. Das Beseitigen der Separatorporen kann dieses Wachstum stoppen, hat jedoch eine stark reduzierte Lithium-Ionen-Durchlässigkeit zur Folge. Es ist entscheidend, Dendriten zu unterdrücken und gleichzeitig die Ionenleitfähigkeit zu erhalten“, so EW.

Eine höhere Wärmebeständigkeit und thermische Stabilität der Separatoren ist erforderlich, da Batterien mit Lithium-Metallanode über eine größere Kapazität und höhere Sicherheitsanforderungen verfügen. Toray begegnete dieser Herausforderung mit einer hochwärmebeständigen Aramid-Polymer-Moleküldesigntechnologie, die seit Jahren eingesetzt wird, um die Abstände zwischen den Molekülketten und die Affinität zu Lithium-Ionen zu steuern.

Durch den Einsatz eines hoch ionenleitfähigen Polymers mit hervorragender Wärmebeständigkeit stellte Toray fest, dass es die Dendritenbildung in Lithium-Metall-Anodenbatterien unterdrücken und die Ionenleitfähigkeit aufrechterhalten kann, indem „dieses Polymer als nicht-poröser Separator verwendet wird, der aus einer porenfreien Schicht auf einem mikroporösen Separator besteht“.

Der Separator unterdrückt durch Dendriten verursachte Kurzschlüsse und behält nach 100 Lade-/Entladezyklen mehr als 80 % seiner Kapazität. Weitere Forschung zu ultrahoher Kapazität und Sicherheit für die Lithium-Ionen-Batterien von morgen ist weiterhin erforderlich, doch die Batterienachfrage treibt diese Entwicklung voran.