Toray entwickelt eine Harzschicht für Anodenstromkollektoren, um das Gewicht von Batterien zu verringern

Toray Industries hat ein Resin-Film-Substrat für Anodenstromkollektoren in Lithium-Ionen-Batterien entwickelt, das laut dem Unternehmen erstmals alle vier wichtigen Materialanforderungen gleichzeitig erfüllt: Widerstand gegen Oxidation und Reduktion, Haftung an der Metallschicht, mechanische Stärke sowie thermische Stabilität. Laut Toray ermöglicht dieser Film es Herstellern, das herkömmlich verwendete Kupferfolienmaterial durch einen leichteren Filmstromkollektor zu ersetzen – ein mit einer dünnen Kupferschicht überzogener Resinfilm.

Ein auf diesem neuen Film basierender Stromkollektor ist um 50 % bis 60 % leichter als ein herkömmlicher Kupferfolien-Kollektor, was laut Toray dazu führen sollte, dass das Gewicht der Batteriezelle um etwa 10 % sinkt.

Ein Anodenstromsammler zieht den Strom von der Anode der Batterie ab. Polyethylenterephthalat (PET)-Filme dienen bereits als Resinsubstrat auf der Kathodenseite, zerfallen jedoch in der stark reduzierenden Umgebung an der Anode – weshalb Resinsubstrate bisher nicht in Anodenstromsammlern verwendet wurden.

Vergleich von Kupferfolien- und -filmstromsammlern für Anwendungen an der Anode

Toray hat das neue Substrat mithilfe seiner Polymerlegierungstechnologie hergestellt, bei der zwei oder mehr Polymere miteinander vermischt werden, um Eigenschaften zu erzielen, die eine einzelne Resin nicht bieten kann. Laut dem Hersteller widersteht das Filmmaterial der Reduktion, bindet stark an die Kupferschicht, erreicht in Bezug auf die mechanische Stärke das Niveau von Kupferfolie und weist eine geringe thermische Schrumpfung auf. Toray gibt an, dass Batteriezellen, die dieses Material verwenden, sich vergleichbar mit herkömmlichen Kupferfolien-Strömelektrikern verhalten.

Torays Bewertung der Kapazitätsbeibehaltung bei Batteriezykletestungen

(mit eindimensionaler Laminiertzelle mit einer Batteriekapazität von 30 Milliampere-Stunden)

Weil ein Stromsammler aus inaktiver Masse besteht, erhöht das Verringeren seines Gewichts die spezifische Energie der Zelle. Laut Toray kann dies die Betriebszeiten von Mobilgeräten verlängern sowie die Reichweite von Drohnen und Fahrzeugen steigern. Toray schätzt, dass bei einer Umverteilung der Gewichtseinsparungen in mehr aktives Kathoden- und Anodengut sowie Elektrolyt – bei konstanter Kapazitätsverhältnis von negativ zu positiv – die Reichweite von Elektrofahrzeugen um bis zu 10 % zunehmen könnte.

Toray hat bereits eine Standardversion des Films mit einer Dicke von 4,5 Mikrometern auf Serienproduktionsanlagen hergestellt und beginnt nun, Proben an Kunden zu versenden. Das Unternehmen arbeitet daran, den Film dünner zu machen. Es plant, den Film in kleinen und mittleren Batterien für Mobilgeräte, Drohnen sowie elektrische vertikale Start- und Landeflugzeuge (eVTOL) zu vermarkten, und untersucht außerdem seinen Einsatz in größeren Batterien für Elektrofahrzeuge und Energiespeicher.