Neue Studie des Lehrstuhls für Technische Elektrochemie: Lagerung Ni-reicher Kathodenaktivmaterialien unter feuchter Luft mit und ohne CO2 – Einfluss von H⁺-Interkalation und Oberflächenkontaminanten auf die Zyklenlebensdauer

Aufgrund deren Instabilität gegenüber atmosphärischen Bedingungen stellt die Feuchtigkeitsregulation während der Lagerung und Verarbeitung Ni‑reicher Kathodenaktivmaterialien für Lithium‑Ionen Batterien eine zentrale Herausforderung der Batterieentwicklung und Fertigung dar. In einer aktuellen Studie, veröffentlicht im Journal Chemistry of Materials, haben Leonhard Reinschlüssel und Rebecca Wilhelm vom Lehrstuhl für Technische Elektrochemie der TUM nun gezeigt, dass der CO₂ Gehalt während der feuchten Lagerung ausschlaggebend für die Oberflächenchemie und Zyklen‑Lebensdauer Ni-reicher Kathodenmaterialien ist, während Feuchtigkeit allein nur einen geringen (selbstlimitierenden) Einfluss hat. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass neben dem Taupunkt insbesondere die CO₂‑Konzentration, etwa bei Lagerung, Elektrodenfertigung oder Zellmontage, ein entscheidender Faktor für die Langzeitstabilität Ni-reicher Kathodenmaterialien ist.

💡Highlights der Arbeit:

• Lagerung unter kontrollierten Bedingungen: feuchte synthetische Luft (50 % relative Feuchte) mit und ohne CO₂ (0, 500 bzw. 1500 ppm) als Funktion der Lagerungsdauer.
• Feuchtigkeit allein ist selbstlimitierend: Ohne CO₂ kommt der Li⁺/H⁺-Austausch schnell zum Erliegen – nur geringe Mengen an Oberflächenkontaminanten und HMO₂ entstehen.
• CO₂ als Treiber der Degradation: In Anwesenheit von CO₂ wachsen HMO₂, Li₂CO₃ und NiCO₃ kontinuierlich, begleitet von einer fortschreitenden Reduktion von Ni³⁺ zu Ni²⁺.
• Klarer Effekt auf die Zyklenlebensdauer: Feuchte, aber CO₂-freie Lagerung beeinträchtigt LiNiO₂|Graphit-Vollzellen kaum – CO₂-haltige Bedingungen führen dagegen zu spürbarem Kapazitätsverlust und schlechterer Performance.
• Praxisrelevanz für die Zellproduktion: Nicht nur der Taupunkt, sondern vor allem die CO₂-Konzentration der Umgebungsluft ist entscheidend für die Stabilität Ni-reicher Kathodenmaterialien bei Lagerung, Elektrodenfertigung und Zellmontage.

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