Charakterisierung und Transformation des Alterungsverhaltens von Li-Ionen Zellen

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• Verlag: Cuvillier Verlag
• Jahr: 2020
• eBook-ISBN:
  9783736962682
• ISBN drucken:
  9783736972681
• Auflage: 1

Die Charakterisierung des Elektrodenmaterials gealterter Lithium-Ionen (Li-Ionen) Zellen in Experimentalzellen ist eine weit verbreitete Methode, um Alterungsursachen von Li-Ionen Zellen zu detektieren. Bisher gibt es jedoch kein standardisiertes Verfahren zur Extraktion und zum Aufbau des Elektrodenmaterials in Experimentalzellen. Mit dem in dieser Arbeit entwickelten Präparationsverfahren lassen sich Experimentalzellen vom Typ PAT-Cell (Knopfzellen) mit einer sehr hohen Reproduzierbarkeit aufbauen. Die Streuung der aufgebauten Knopfzellen liegt im Bereich der Streuung von industriell gefertigten Li-Ionen Zellen. Dadurch lässt sich das zyklische Alterungsverhalten des Originalsystems auf Knopfzellebene transformieren: Die dominierenden Alterungsmechanismen der Li-Ionen Zellen können im zyklischen Alterungsverhalten auf Experimentalzellebene qualitativ abgebildet werden. Mit dem beschriebenen Präparationsverfahren lassen sich Knopfzellen reproduzierbar aufbauen, was die daraus gewonnenen Messergebnisse zwischen einzelnen Laboren vergleichbarer macht. Die Alterung des Elektrodenmaterials in Knopfzellen bietet zudem die Chance, geometrieabhängige Alterungsmechanismen zu analysieren. Darüber hinaus bietet eine Alterungsuntersuchung des extrahierten Zellmaterials in Knopfzellen eine um Größenordnungen geringere Leistungsanforderung an das Messsystem.

Inhaltsverzeichnis

• Abstract
• Zusammenfassung
• Kapitel 1Einleitung
• 1.1 Motivation
• 1.2 Aufbau der Arbeit
• Kapitel 2Grundlagen
• 2.1 Graphit (GR)
• 2.2 Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid (NMC)
• 2.3 Solid Electrolyte Interface (SEI)
• 2.4 Aktivierungsenergie
• 2.5 Alterungsursachen in Li-Ionen Zellen
• 2.6 Semi-empirische Alterungsmodelle
• 2.7 Kapazitive Effekte in Li-Ionen Zellen
• Kapitel 3Charakterisierungsmethoden
• 3.1 Elektrochemische Impedanzspektroskopie
• 3.2 Pulsstrommessung
• 3.3 Entwicklung des Elektrodenbalancings
• 3.4 Differentielle Analysen
• 3.5 Rasterelektronenmikroskopie
• 3.6 Kapazitive Effekte zur Zustandserkennung
• Kapitel 4Einfluss der Zellpr¨aparation [138]
• 4.1 Experimentelle Untersuchung
• 4.2 Streuung von industriell hergestellten Zellen
• 4.3 Ergebnisse
• 4.4 Diskussion
• Kapitel 5Transformation desAlterungsverhaltens aufKnopfzellenebene
• 5.1 Analyse der 94Ah-Zelle
• 5.2 Messergebnisse zur 40 Ah-Zelle
• 5.3 Identifikation der Alterungsmechanismen
• 5.4 Transformationsfaktoren
• 5.5 Diskussion
• Kapitel 6Temperatur- undPfadabh¨angigkeit der zyklischenAlterung
• 6.1 Temperaturabh¨angigkeit
• 6.2 Pfadabh¨angigkeit
• Kapitel 7Kosten-Nutzen-Absch¨atzung
• Ausblick
• Anhang AExperimenteller Aufbau
• Anhang BTransformation desAlterungsverhaltens