Zellkonzepte

Gruppe

Zellbenchmarking und Post-mortem-Analyse kommerzieller Lithium-Batterien

Thema

CT-Aufnahme einer zylindrischen Li-Ionen-Zelle.

Das wesentliche Ziel der elektrischen Charakterisierung von kommerziellen Batteriezellen unter applikationsspezifischen Testbedingungen ist die Aufklärung von Fehlermechanismen. Dabei kann das Fraunhofer IKTS typische Lastzyklen verschiedenster Applikationen – vom Fahrzyklus bis zum Test nach internationalen Standards – in seinen Zelltestern anwenden. Durch diese Versuche lassen sich einerseits Daten wie Leistungsdichte, Zyklenbeständigkeit oder Innenwiderstand der Batteriezellen gewinnen und damit ein Benchmarking durchführen und andererseits Rückschlüsse auf die Güte des Produktionsprozesses ziehen. Für gesonderte Fragestellungen ist die Arbeitsgruppe »Zellkonzepte« auch in der Lage, spezielle Versuchsaufbauten zu entwickeln und aufzubauen.

Ergänzt werden diese elektrischen Untersuchungen durch Post-mortem-Analysen von Batteriezellen, die der Aufklärung von Degradations- und Fehlermechanismen dienen. Dabei werden kommerzielle Zellen bis 500 Ah unter inerter Atmosphäre in einer Glovebox geöffnet. Im Vorfeld können zerstörungsfreie computertomographische Aufnahmen gemacht werden, um die Lage der Komponenten zu dokumentieren. Bei der Öffnung der Zellen ist es wesentlich, den Prozess detailliert zu dokumentieren, Unregelmäßigkeiten im Zellaufbau aufzunehmen und Proben für eine materialanalytische Untersuchung zu entnehmen. Hierfür nutzen die Wissenschaftler bildgebende Verfahren wie Licht-, Rasterelektronen- oder Rasterkraftmikroskopie in Kombination mit analytischen Verfahren wie energiedispersiver Röntgen- und Ramanspektroskopie, BET- oder DSC-Messungen. Darüber hinaus können extrahierte Elektroden in Testzellen elektrochemisch charakterisiert werden, um beispielsweise die unterschiedlichen Degradationseffekte von Anode und Kathode zu analysieren.

 

Leistungsangebot

 

  • Impedanzspektroskopische Untersuchungen und Zyklentests an Batteriezellen bis 400 A
  • Performance- und Alterungsuntersuchungen unter klimatisierten Bedingungen (-20 bis 60 °C)
  • Post-mortem-Analyse unter Argon von Batteriezellen verschiedenster Formate und Größen (Erfahrung im Umgang mit Zellen bis 500 Ah)
  • Entwicklung von verschiedenen Transfereinrichtungen für den Transport zwischen Glovebox und Analytik
  • Computertomographie an Zellen

Separator (oben) und Anode (unten) einer gealterten Li-Ionen-Zelle.