Zum Inhalt springen

Beschleunigte Alterungstests und Lebensdauerprognosen (BALd)

Laufzeit: 01.12.2020 - 30.11.2023

Kernthemen:

  • Entwicklung von Apparaturen zur Ausdehnungsmessung von zylindrischen Zellen und zur Verpressung von Pouch-Zellen
  • Untersuchung der mechanischen Belastung als Faktor für die Inhomogenizierung der Lithiumverteilung in Lithium-Ionen Batterien
  • Entwicklung von Strategien zur Rehomogenisierung der Lithiumverteilung

Das Projekt BALd ist ein Forschungskonsortium aus der THI-ELS, RWTH-ISEA, KIT-TVT, TUM-FTM, RWTH-ISW, TUM-EES und ZSW-ECA mit dem Ziel Alterungstests zu beschleunigen, um in möglichst kurzer Testdauer möglichst gute Lebensdauerprognosen über Modelle zu erhalten.

 

Ziel des Teilvorhabens ist es, übliche zyklische Alterungstests von Li-Ionen Zellen zu verkürzen und gleichzeitig eine zuverlässige Zustandsdiagnose und Lebensdauerprognose sicherzustellen. Dadurch soll eine Rückkopplung zwischen Zellalterung und Produktionsparametern innerhalb von 2 Wochen, 6 Wochen und nach 3 Monaten bei der Zellproduktion erreicht werden. Hierfür sind sehr präzise Alterungstests notwendig, die trotz Beschleunigung zu einer repräsentativen Alterung analog zu realen Langzeitanwendungen führen.

 

Deshalb wird in diesem Teilprojekt zunächst praktisch untersucht, unter welchen Bedingungen (C-Rate, Verspannung, Temperatur, Zyklierfenster) Inhomogenitäten in der Lithiumverteilung auftreten und wie diese möglichst effizient rehomogenisiert werden können. Das Ziel ist es, zum einen zu verstehen, inwiefern Zyklierungsstrategien zu Inhomogenitäten der Lithiumverteilung führen und zum anderen, die entstandenen Inhomogenitäten wieder möglichst zeiteffizient zu rehomogenisieren. Der Grad der Inhomogenität soll mittels differentieller Spannungsanalyse (DVA) quantifiziert und mit dem gemessenen reversiblen Kapazitätseffekt korreliert werden.
 

Die Erkenntnisse sollen anschließend in die Modellierung der Projektpartner einfließen. Ziel ist es, den Einfluss des Drucks auf die irreversiblen Kapazitätsverluste für die jeweilige Testbedingung zu bestimmen und somit die Lebensdauerprognose für Langzeitanwendungen in ihrer Präzision bei kurzer Testdauer zu erhöhen. Dadurch kann einerseits die Güte der Zellen schnell bestimmt und an die FFB rückgemeldet werden und andererseits können die Zellen für die reale Anwendung, aufgrund genauerer Lebensdauerprognosen, besser ausgelegt werden.
 

Relevante Literatur:

Veröffentlichungen Homogenität

  • P. Morales Torricos, C. Endisch, M. Lewerenz, Towards Reliable Lifetime Estimation of Li-ion Batteries: Apparent Ageing during Cyclic Ageing Tests, EVS37 Symposium COEX, Seoul, Korea (2024).
  • P. Morales Torricos, C. Endisch, M. Lewerenz, Apparent Aging during Accelerated Cycling Aging Test of Cylindrical Silicon Containing Li-Ion Cells, Batteries 9 (4) (2023) 230. https://doi.org/10.3390/batteries9040230.
  • M. Lewerenz, P. Dechent, D.U. Sauer, Investigation of capacity recovery during rest period at different states-of-charge after cycle life test for prismatic Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2-graphite cells, Journal of Energy Storage 21 (2019) 680–690. https://doi.org/10.1016/j.est.2019.01.004.
  • M. Lewerenz, D.U. Sauer, Evaluation of cyclic aging tests of prismatic automotive LiNiMnCoO2-Graphite cells considering influence of homogeneity and anode overhang, Journal of Energy Storage 18 (2018) 421–434. https://doi.org/10.1016/j.est.2018.06.003.
  • M. Lewerenz, G. Fuchs, L. Becker, D.U. Sauer, Irreversible calendar aging and quantification of the reversible capacity loss caused by anode overhang, Journal of Energy Storage 18 (2018) 149–159. https://doi.org/10.1016/j.est.2018.04.029.
  • M. Lewerenz, A. Marongiu, A. Warnecke, D.U. Sauer, Differential voltage analysis as a tool for analyzing inhomogeneous aging: a case study for LiFePO4|Graphite cylindrical cells, J. Power Sources 368 (2017) 57–67. https://doi:10.1016/j.jpowsour.2017.09.059.
  • M. Lewerenz, A. Warnecke, D.U. Sauer, Introduction of capacity difference analysis (CDA) for analyzing lateral lithium-ion flow to determine the state of covering layer evolution, J. Power Sources 354 (2017) 157–166. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2017.04.043.

Veröffentlichungen Überstandseffekt

  • M. Lewerenz, J. Münnix, J. Schmalstieg, S. Käbitz, M. Knips, D.U. Sauer, Systematic aging of commercial LiFePO4jGraphite cylindrical cells including a theory explaining rise of capacity during aging, J. Power Sources 345 (2017) 254–263. https://doi:10.1016/j.jpowsour.2017.01.133.
  • M. Lewerenz, G. Fuchs, L. Becker, D.U. Sauer, Irreversible calendar aging and quantification of the reversible capacity loss caused by anode overhang, Journal of Energy Storage 18 (2018) 149–159. https://doi.org/10.1016/j.est.2018.04.029.
  • M. Lewerenz, P. Dechent, D.U. Sauer, Investigation of capacity recovery during rest period at different states-of-charge after cycle life test for prismatic Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2-graphite cells, Journal of Energy Storage 21 (2019) 680–690. https://doi.org/10.1016/j.est.2019.01.004.

Ansprechpartner

Förderung

Dieses Projekt wird gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (Projektnummer: 03XP0320C).

Zum Seitenanfang springen