Im Zentrum der Untersuchungen stehen kommerziell erhältliche Testzellen vom Typ 18650 mit einer auf Nickelmangancobaltoxid (NMC) und Lithiumeisenphosphat (LFP) basierenden Zellchemie. Die Aufgabe des Batterieforschungszentrums MEET an der Universität Münster war es, den Einfluss von Ruhezeiten auf das Zyklenleben von Zellen wissenschaftlich zu quantifizieren. Hierzu werden die oben beschriebenen Testzeilen unterschiedlichen Zyklisierungstests unterzogen. Wichtige Einflussparameter sind neben der Relaxationszeit, Stromstärke und dem Ladezustand (SOC) auch die Temperatur. Wir konnten einen Anstieg der Kapazität nach einer Ruhezeit von 120 min, den s.g. Relaxationseffekt in unseren Messungen nachweisen. Der Gesamtanstieg in der 40 °C Testgruppe liegt für die Lithiumeisenphosphat (LFP) Testzellen bei 1,38 mAh was 0,125 % der Anfangskapazität von 1100 mAh entspricht und für die Lithiumnickelmangancobaltoxid (NMC) / Lithiumcobaltoxid (LCO) Testzellen bei 4,49 mAh, was 0,173 % der Anfangskapazität von 2600 mAh entspricht. Die Kapazität des zweiten Zyklus nach der Pause erreicht im Durchschnitt wieder den Wert der Kapazität vor der Pause. Ferner wurde gezeigt, dass der Kapazitätsanstieg ΔCRelax abhängig von den Zyklenzahlen ist, so steigt ΔCRelax für die 20 C und 40 C LFP Testgruppe mit steigenden Zykten und erreicht ein Plateau. Bei der 40 °C NMC/LCO Testgruppe sinkt ΔCRelax, genauso wie bei der LFP Testgruppe bei 10 °C, mit zunehmender Zyklenzahl. Ausgehend von unseren Beobachtungen zeigten wir ein Modell, dass auf einer temporär irreversiblen Einlagerung von Ladungsträgern in der Kathode beruht, die erst nach einer längeren Pause durch den Abbau des Ladungsträgerkonzentrationsgradienten und durch die Relaxation von Phasenungleichgewichten durch kinetisch langsame Diffusionsprozesse wieder dem Zyklisierprozess zur Verfügung stehen. Der Relaxationseffekt wirkt sich allerdings nicht auf die Lebensdauer der Batterien aus, so konnten wir keine Unterschiede in den Kapazitätsverlaufen feststellen. Die Auswertung der Impedanzspektren zeigt, dass andere Einflüsse und Alterungsmechanismen den Relaxationseffekt deutlich überlagern.

    In the focus of the investigations are commercially available cells (type 18 650) based on a NMC and LFP cell chemistry. The duty of the University of Muenster was to quantify the influence of rest periods on the life time of the cells. The above test cells are subjected to different cycle tests Important influencing factors are in addition to the relaxation time, the current, the state of charge (SOC) and the temperature. We were able to detect an increase of the capacity after a rest period of 120 mm in our measurements, the so called relaxation effect. The overall increase in the 40 °C test group is for the LFP test cells, 1.38 mAh, which represents 0.125 % of the initial capacity of 1100 mAh and the NMC / LCO test cells with 4.49 mAh, which represents 0.173 % of the initial capacity of 2600 mAh. The capacity of the second cycle after the break, achieved again the value of the capacitance before the break. It was also shown that the capacity increase ΔCRelax depends on the number of cycles, ΔCrelax rises at the 20 °C and 40 °C LFP test group with increasing cycles and finial reaches a plateau In the 40 C NMC / LCO test group, ΔCRelax decline just as in the LFP test group at 10 °C with increasing number of cycles. Based on our observations, we proposed a model based on a temporarily irreversible storage of charge carriers in the cathode which are after a long break, by reducing the loadcarrier-concentration- gradient and by the relaxation of phase imbalances by kinetically slow diffusion processes again available for cycling. The relaxation effect, however does not affect the battery life, as we could not detect any differences in the capacity curves. The evaluation of the impedance spectra shows that aging mechanisms and other influences significantly superimposed on the relaxation effect.


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    Titel :

    Einfluss von Ruhezeiten auf die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Zellen im automobilen Einsatz. Schlussbericht. Berichtszeitraum: 01.04.2010 bis 30.09.2011


    Weitere Titelangaben:

    Influence of rest periods on the lifetime of lithium-ion cells for automotive applications. Reporting period: April 1, 2010 to September 30, 2011


    Beteiligte:


    Erscheinungsdatum :

    2011


    Format / Umfang :

    53 Seiten, 49 Bilder, 3 Tabellen, 17 Quellen


    Medientyp :

    Report


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch