Die Lithium-Ionen Zellentechnologie hat sich bei automotiven Anwendungen aufgrund ihrer überlegenen Eigenschaften als Technologie für zukünftige elektrische Energiespeicher weitgehend etabliert, obwohl die derzeit am Markt befindlichen Lithium-Ionen Zellen haben jedoch gewisse Nachteile und Funktionseinschränkungen, die derzeit einem breiten Einsatz in der Automobilindustrie im Wege stehen. Einerseits sind dies die immer noch ungenügende Energie- und Leistungsdichte, andererseits gibt es Funktionseinschränkungen, verursacht durch die Aspekte Alterung, Sicherheit und Temperaturbereich. Ziel des vorliegenden Projektes war es, die ungenutzten Potentiale auf Zellchemieebene zu erkennen, zu untersuchen und die Optimierung entsprechend der automotiven Anforderungen voranzutreiben. Dabei war der Fokus auf 3 Schwerpunkte gerichtet: (1) Leistungsparameter: Steigerung der Energie- und Leistungsdichte (damit Senkung der Produktkosten) Erweiterung des operativen Temperaturbereichs. (2) Sicherheitsaspekt: Vermeidung von chemisch instabilen Zuständen bei Normalbetrieb, Unfall- und Missbrauchssituationen. (3) Alterungsverhalten (Lebensdauer): Verminderung des Verlustes von Energiedichte und Leistungsdichte Zum Einsatz kamen elektrochemische und andere wissenschaftliche Analysen an Zellmaterialien sowie Demonstratorzellen zur Verifizierung von Performance oder dem Zusammenwirken der Komponenten. So wurden mit nachträglich eingebrachten Referenzelektroden wertvolle Erkenntnisse zur kapazitiven und kinetischen Abstimmung der Zellen und zum Langzeitverhalten gewonnen. Messungen der thermischen Eigenschaften lieferten Grundlagen für ein Verständnis der Mechanismen in sicherheitsrelevanten "Abuse"-Fällen. Als größter Erfolg im Bereich der Materialentwicklung konnte eine signifikante Verbesserung der Performance von Silizium in Kompositelektroden erzielt werden, welches ein aussichtsreiches Anodenmaterial für zukünftige Lithium-Ionen- Batterien ist. Zur richtigen Auswahl der Zellchemie aus der hohen Anzahl von möglichen Materialkombinationen wurde im Projekt "CHEMLIB" wertvolles Grundlagen-"Know-How" erarbeitet. Die optimierte Lithium-Ionen Zellchemie und das Verständnis der Zellchemieebene kommt in den Zellen und der Batteriesteuerung automotiver Batteriesysteme der Zukunft zum Einsatz.
Lithium-ion cell technology has widely established itself in automotive applications due to it's superior features as preferred technology for future electrical energy storages, although cells currently present on the market have certain disadvantages and function restrictions which are hampering the widespread usage in the auto-motive industry. These are the still inadequate energy and power density and function restrictions caused by the aspects of time and cycle life, safety and temperature range. The aim of this project is the identification and examination of the unused potentials at cell chemistry level and advancing the optimization according to the automotive requirements. The focus is on 3 fields: (1) Performance parameter: Increasing the energy and power density (so that a product costs reduction results) Expansion of the operative temperature range. (2) Safety aspect: Avoiding of chemically instable conditions at normal operation, accident and abuse situations. (3) Ageing characteristics (lifetime): Reduction of the loss of energy density and power density Electrochemical and other scientific analyses to cell materials were used as well as demonstrator cells for verification of performance or interrelations of cell components. So valuable technical expertise for the capacitive and kinetic adjustment of the cells and to the long-term behaviour was obtained with reference-electrodes brought in afterwards. Measuring of the thermal properties provided bases for an understanding of the mechanisms in safety relevant "abuse" cases. As the greatest success in the field of the material development a significant improvement in the performance of silicon in composite electrodes could be obtained, which are a promising anode material for future lithium-ion batteries. For the right choice of cell chemistry from a high number of possible material combinations, in the project "CHEMLIB" valuable basic know-how was worked out. The optimized lithium-ion cell chemistry and the understanding of the cell chemistry level is used in cells and battery control of automotive battery systems of the future.
Optimierung der Zellchemie für automotive Lithium-Ionen Batterien
2011
24 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen
Report
Deutsch
Energiedichte , Leistungsdichte , Temperaturbereich , Automobilindustrie , elektrischer Energiespeicher , Sicherheitsaspekt , Alterungsverhalten , Lebensdauer , Lithiumionenbatterie , Referenzelektrode , Langzeitverhalten , thermische Eigenschaft , Arbeitstemperatur , elektrische Energie , Werkstoffentwicklung , Batteriekontrolle , Sicherheit
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