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 von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 461805740

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Projekt beschäftigte sich mit der Optimierung der Produktionsprozesse von Lithium-Ionen-Batterien (LIB) durch die Untersuchungen von Inhomogenitäten und produktionsbedingten Defekten auf die Leistung und Lebensdauer der Batterien. Ziel war es, Methoden zu entwickeln, um solche Defekte zu identifizieren, ihre Auswirkungen zu analysieren und Verbesserungen im Herstellungsprozess zu ermöglichen. Zu den wichtigsten Ergebnissen gehören: Verbesserung der Produktionsstandards in der Forschung: Leitfäden und standardisierte Verfahren zur reproduzierbaren Herstellung von Testzellen wurden entwickelt. Entwicklung von innovativen Zellformaten mit angepassten Gehäusematerialien zur Aufnahme von Pouchzellmaterialien Es konnte gezeigt werden, dass CT-Bildgebung fast alle relevanten Defekte wie metallische Kontaminationen, Liniendefekte wie entferntes Aktivmaterial, Kratzer oder Schnitte identifizieren kann, mit Ausnahme von Knicken. Zudem konnten die Limitierungen dieses bildgebenden Verfahrens ermittelt werden. Entwicklung einer Testzelle und eines ortsaufgelösten Batteriemodells (oESBM), das Inhomogenitäten berücksichtigt und präzise Vorhersagen über Leistungsverluste treffen kann. Die Ergebnisse leisten einen wichtigen Beitrag zur Forschung an LIB, indem sie Forschenden und Herstellenden helfen, Defekte zu verstehen, zu detektieren und zu vermeiden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Reproducibility of Small-Format Laboratory Cells. Energies, 15(19), 7333.
  Luc, Paul-Martin; Buchwald, Fabio & Kowal, Julia
  
• Reproducible Production of Lithium-Ion Coin Cells. Energies, 15(21), 7949.
  Luc, Paul-Martin; Bauer, Simon & Kowal, Julia
  
• Detection of Manufacturing Defects in Lithium-Ion Batteries-Analysis of the Potential of Computed Tomography Imaging. Energies, 16(19), 6958.
  Evans, Daniel; Luc, Paul-Martin; Tebruegge, Claas & Kowal, Julia
  
• Comparison and Teardown of Na- and Li-Ion 18650 Cells. Elsevier BV.
  Droese, Dominik; Luc, Paul-Martin; Otto, Martin; Schlösser, Anton Emil Kasper; Evans, Daniel & Kowal, Julia