Vorlesung 6 Lithium Batterien

Tages-, Stundenspeicher

• Der Separator in Li-Ionen Batterien muss den elektrischen Kontakt der Elektroden verhindern und einen freien Ionentransport ermöglichen.

• Er muss eine sichere Isolierung der Elektroden gewährleisten, auch unter missbräuchlichen Bedingungen.

• Das Separatormaterial muss chemisch stabil sein, eine Dicke von etwa 10 bis 25 μm haben und eine Porosität unter 1 μm aufweisen, um ausreichend flüssigen Elektrolyten zu halten und das Eindringen von Partikeln aus den Elektroden zu verhindern.

• Um eine gleichmäßige Stromverteilung zu gewährleisten und das Wachstum von Dendriten auf der negativen Elektrode zu verhindern, muss die Permeabilität des Separators gleichmäßig sein.

Rundzellen / Zylindrische Zellen

• Langjährige Erfahrungen

• Lange Lebensdauer

• Kühlung schwierig

Pouch-Bag-Zellen („Coffee Bag“)

• Sehr gute Kühlungmöglichkeiten

• Hohe Energiedichten möglich

• Probleme: Dichtigkeit der Schweißnähte

Prismatische Zellen

• Hohe Volumentrische Energiedichte in Batteriepacks

• Kombinierte Eigenschaften der zylindrischen und Pouch-Bag-Zellen

• I-Phase

  Laden mit konstantem Strom bis zur Ladeschlussspannung

  Spannung steigt konstant an

• U-Phase

  Laden mit Ladeschlussspannung

  Strom sinkt ab

  Bei 5% Strom der I-Phase (C/20) wird die Ladung beendet

• Entladen

  mit konstantem Strom

  
  

• Ladespannung abhängig von Zellchemie

• max. Ladezeit als Sicherheitskriterium

• Ladefähigkeit des Graphits nimmt mit steigender Temperatur ab

• Entladung bis zur Entladeschlusspannung

Thermisches Durchgehen

= Überhitzung einer exothermen chemischen Reaktion oder einer technischen Apparatur aufgrund eines sich selbst verstärkenden Wärme produzierenden Prozesses.

—> Brand / Zerstörung

1.) Initiierung (Überladung)

2.) Exotherme reaktion

3.) Wärme, Brand

• Überhitzung

• Thermal Runaways

  
  

• Verbesserte Überdruckventile

• keramische Separatoren

• Spannungsüberwachung

• (Ent-)Lademanagement

• Temperaturüberwachung

• Kühlkonzepte

dicke Aktivmasseschichten

Kapazität proportional zur Dicke

dünne Aktivmasseschichten

P proportional zur Oberfläche

1. Die positive Elektrode besteht zumeist aus LiMO2, LiMn2O4 oder LiFePO4

Graphiten oder amorphen Kohlenstoff

Geringere Entladetiefen (DOD)