Messmethoden zur Druckcharakterisierung und Alterungsuntersuchung eingespannter LiFePO4-Zellen

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• Verlag: Cuvillier Verlag
• Jahr: 2021
• eBook-ISBN:
  9783736963757
• ISBN drucken:
  9783736973756
• Auflage: 1

Die vorliegende Arbeit präsentiert Messmethoden zur Untersuchung der Auswirkungen von externem Zelldruck auf Lithiumeisenphosphat/Graphit Pouchzellen. Eingespannte Pouchzellen zeigen bis zu einem Druckoptimum eine maximale zyklische Lebensdauer, welche mit zunehmendem Zelldruck wieder abnimmt. Ziel der Arbeit ist es, geeignete Messmethoden sowie den optimalen Zelldruck zu finden. Die Untersuchung der Ursachen erfolgt zunächst durch eine Analyse von Spannungs- und Zelldruckkurven sowie den elektrischen Kenngrößen der Zelle. Anschließend werden systematisch die Kinetik der Gefügeumwandlung mittels der JMAK-Gleichung sowie die Grenzflächen untersucht. Eine abschließende Betrachtung der Diffusionskoeffizienten schließt diesen Teil der Arbeit ab. Dem folgen die Ergebnisse der zyklischen Alterungsmessung, welche sowohl die Kapazitäts- als auch Zelldruckkurven untersucht. Bei einem Zelldruck von pZelle = 0, 1 MPa zeigen die Pouchzellen die geringste Alterungsrate, was durch ein Minimum der Aktivierungsenergie der Gesamtkinetik sowie dem geringsten Diffusionskoeffizienten bestätigt wird.

Inhaltsverzeichnis

• Abstract
• Zusammenfassung
• Kapitel 1 Einleitung
• 1.1 Motivation
• 1.2 Aufbau der Arbeit
• Kapitel 2Grundlagen
• 2.1 Funktionsweise einer Lithium-Ionen-Zelle
• 2.2 Thermodynamik der Lithium-Ionen-Zelle
• 2.3 Zellkinetik
• 2.4 Reaktionsmechanismen und Volumenänderungder Aktivmaterialien
• 2.5 Zellalterung
• 2.6 Batteriespezifische Kenngrößen
• Kapitel 3 Bestimmung charakteristischerZellkenngrößen
• 3.1 Spannungs- und Druckkennlinien
• 3.2 Differentielle Analysen von Spannungs- und Druckkennlinien
• 3.3 Impedanzanalyse
• 3.4 Verteilung der Relaxationszeiten
• 3.5 Kinetik der Gefügeumwandlung
• 3.6 Bestimmung des Diffusionsionskoeffizienten
• Kapitel 4 Elektrische Parameter undZellkenngrößen
• 4.1 Kennlinienanalyse
• 4.2 Kapazitäten, Energiemengen und Wirkungsgrade
• 4.3 Innenwiderstand
• 4.4 Zwischenfazit
• Kapitel 5 Kinetik, Grenzflächen und Diffusion
• 5.1 Kinetik der Gefügeumwandlung
• 5.2 Grenzflächenuntersuchungen
• 5.3 Diffusionskoeffizienten
• 5.4 Zwischenfazit
• Kapitel 6 Zellalterung unterDruckeinwirkung
• 6.1 Kapazitätsverlauf
• 6.2 Druckverlauf
• 6.3 Differentielle Analysen
• Kapitel 7 Ausblick
• Anhang A Aktivierungsenergien derRC-Ersatzgrößen
• Anhang B Anmerkungen zum Diffusionskoeffizienten
• Anhang C Druck-Dehnungskurven
• Anhang D Gummiballon-Modell
• Formelzeichen und Abkürzungen
• Tabellenverzeichnis
• Abbildungsverzeichnis
• Literaturverzeichnis
• Veröffentlichungen