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Alterung und Post-Mortem Analysen von Lithium-Ionen-Zellen

Möglichkeiten zur Verbesserung der Batterielebensdauer

Vorseminar zur Tagung 'Advanced Battery power - Kraftwerk Batterie'
Alterung und Post-Mortem Analysen von Lithium-Ionen-Zellen
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Alterung und Post-Mortem Analysen von Lithium-Ionen-Zellen

Im ersten Teil werden generelle Aspekte der Batteriealterung besprochen, gefolgt von der Methodik der Post-Mortem-Analysen basierend auf aktueller Literatur sowie Beispielen aus dem Laboralltag. Besonderes Augenmerk wird daraufgelegt, welcher Alterungsmechanismus mit welcher Methode detektiert werden kann.
Im zweiten Teil werden bekannte Alterungsmechanismen besprochen.
Abschließend werden Möglichkeiten aufgezeigt, wie sich die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Zellen gezielt verlängern lässt. Die gezeigten Seminarinhalte basieren auf eigener Erfahrung des Referenten sowie auf der aktuellen Literatur.

Das Seminar findet im Rahmen der internationalen Tagung Advanced Battery Power am 24.-25.03.2020 in Münster statt. Dieses und weitere Vorseminare am 23.03.2020 sind deutschsprachig und dienen dem Einstieg und der Vertiefung von Spezialthemen. Ebenfalls am Vortag findet der Batterietag NRW statt.

Zum Thema

Teure Batterien im Fahrzeug und auch in der stationären Anwendung sollen möglichst lange funktionieren, d. h. nur wenig an Kapazität einbüßen. Die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Zellen ist limitiert durch Alterungsmechanismen auf Materialebene. Diese können durch Zellöffnungen und anschließende Materialcharakterisierung (sog. Post-Mortem-Analysen) aufgeklärt werden.

Programm

  • Definition genereller Begriffe
  • Alterungseffekte auf Zellebene
  • typische Zelldesigns (zylindrisch, Pouch, prismatisch)
  • Post-Mortem Methodik (Umgebungsbedingungen, Ladezustand/Sicherheit, Zellöffnung, Probenbehandlung)
  • Analysemethoden (u. a. REM, EDX, ICP, XRD, GD-OES, CT, …)
  • Beispiele von Zellöffnungen
  • Alterungsmechanismen auf Material- und Elektrodenebene (SEI-Wachstum, Li-Plating, Lokale Li-Abscheidung, Gasentwicklung, Partikelbrüche, Materialauflösung, …)
  • inhomogene Alterungseffekte, Aufheizverhalten von Zellen
  • Charakterisierung der Schnellladefähigkeit
  • Zusammenhang zwischen Sicherheit und Alterung (Dendritenbildung, exotherme Reaktionen, chemische Interkalation von Li in Graphit)
  • Überladung und Tiefentladung
  • elektrische Einflussparameter auf die Alterung
  • Einfluss von Schnellladung auf Alterung
  • Möglichkeiten zur Verbesserung der Batterielebensdauer

 

Zielsetzung

Das Seminar vermittelt einen Überblick zum Stand der Technik bei der Alterung von Lithium-Ionen-Zellen. Möglichkeiten zur Verbesserung der Batterielebensdauer basierend auf Betriebsfenstern werden erläutert, Einblicke in Post-Mortem Analysen gegeben.

Teilnehmerkreis

  • Interessenten, Fachleute und Führungskräfte aus der Industrie (F&E, Qualitätssicherung) sowie
  • Wissenschaftler und wissenschaftlicher Nachwuchs (Doktoranden, Post-Docs, Studenten)

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Referenten

Dr. rer. nat. Thomas Waldmann

Teamleiter Post-Mortem-Analysen und Alterungsmechanismen

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