Einfluss der Position und Ausprägung von produktionsbedingten Inhomogenitäten auf die ortsaufgelösten Leistungsparameter und die Gesamtperformance von Lithium-Ionen-Zellen

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Julia Kowal
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 461805740

Eine Möglichkeit die Kosten von Lithium-Ionen-Batterien (LIB) zu senken, liegt in der Durchsatzsteigerung der Produktion durch innovative Handhabungsprozesse. Die letztlich unvermeidbare Wechselwirkung zwischen Baugruppen und Elektroden erzeugen ungleichmäßige Stromdichteverteilungen in den Elektroden und beeinflussen somit die Performance der LIB. Neben bereits untersuchten Defekten ist zu den Auswirkungen von produktionsbedingten Belastungen bei der Handhabung der Elektroden jedoch nur wenig bekannt. Vor allem bei der Konzeption innovativer Anlagen gilt es deshalb zu klären, welchen Einfluss diverse Ausprägungen und Eingriffspositionen auf die Performance der LIB haben.Ziel dieses Projektes ist die Untersuchung des (Positions-)Einflusses von Inhomogenitäten (Defekte und Belastungen) bei Elektroden auf die LIB-Performance. Dies geschieht in Form von zwei Teilzielen. Das erste Teilziel ist es den Einfluss von Inhomogenitäten auf die LIB-Performance mit Hilfe eines experimentell gestützten Ersatzschaltbildmodells (ESBM) zu ermitteln, um die Inhomogenitätseinflüsse gesammelt gegenüberzustellen.Das zweite Teilziel besteht darin, auch den Positionseinfluss zu bestimmen und einzubeziehen. Dafür wird ein ESBM zur ortsaufgelösten Charakterisierung (oESBM) entwickelt und mit Hilfe einer innovativen Testzelle zur ortsaufgelösten Charakterisierung parametriert. Für beide Teilziele werden die Defekte Partikelkontaminationen, Feuchtigkeit und Mikrolöcher und die mechanischen Belastungen Zug, Druck und Biegung untersucht. Durch kalendarische und zyklische Alterung von Testzellen werden anschließend die Alterungsmechanismen SEI-Wachstum und Lithium-Plating forciert. Im Fokus der Performancebetrachtung stehen der Coulombsche Wirkungsgrad, die Impedanz und die Kapazität.Die Ergebnisse beider Teilziele werden zuletzt in eine Anwendungssoftware eingepflegt, um eine Alterungsprädiktion zu ermöglichen. Dadurch wird die Bewertung von Handhabungsprozessen in der Produktion noch vor ihrer Realisierung ermöglicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen