Li-Ionen Batterien sind neben klassischen Bleibatterien die dominierende Batterietechnologie. Das Einsatzgebiet umfasst Konsumer, stationäre und automotive Anwendungen. Trotz bereits im Vergleich zu Blei oder Ni-Metallhydridbatterien deutlich höherer Energiedichte ist eine weitere Optimierung für viele Anwendungen nach wie vor wünschenswert. Dabei ist speziell für stationäre und automotive Anwendungen auch eine Stabilisierung der Elektrochemie notwendig, bzw. zumindest die korrekte Vorhersage deren Alterung und der Batterielebensdauer. Das Projekt wurde zweigeteilt durchgeführt. Die Energiedichte wurde durch Erhöhung des elektrochemischen Potentials der Zelle optimiert. Dafür wurden die Referenzmaterialien Lithiumnickelkobaltmanganoxid und Lithiumeisenphosphat (4V Materialien) durch das im Projekt entwickelte und charakterisierte Lithiumkobaltphosphat (5V Material) ersetzt. Die höhere Zellspannung erforderte Anpassungen der Zelle, besonders des Elektrolyten. Alle Zellen wurden ausführlich elektrisch (DC, impedanzspektroskopisch) charakterisiert, gealtert und post mortem auf Veränderungen untersucht. Mit den Messdaten wurden Modelle zur Beschreibung der Zelle aufgestellt (Klemmenmodell, thermisches Modell und Alterungsmodell). Die gesamte Wertschöpfungskette wurde im Projekt durch die verschiedenen Partner und deren Unterauftragnehmer abgebildet: 2 Materialhersteller, 1 Zellenhersteller, 2 Batteriehersteller, 1 Automobilhersteller und 4 Institute bzw. Universitäten. Mit den Referenzmaterialien konnten stabile Zellen hergestellt werden, die gut durch die Modelle beschrieben werden konnten. Die Eigenschaften der Zellen erfüllen die Anforderungen für automobile Anwendungen. Das neue Lithiumkobaltphosphat konnte bis in eine industrielle Größenordnung dargestellt werden. Die Ergebnisse waren vielversprechend und erfüllen in Teilaspekten die gesetzten Anforderungen. Die Stabilität der daraus hergestellten Vollzellen wurde durch Zusatz von Additiven optimiert, hat aber noch nicht den Stand für eine praktische Anwendung erreicht. Die Entwicklung des Lithiumkobaltphosphats stellt ein Mosaikstein im Puzzle der Hochvoltmaterialien für energieoptimierte Li-Ion Zellen dar. Zwar bietet es das höchste Potential, stellt aber auch die höchsten Anforderungen an das elektrochemische System. Die entwickelten Herstellprozesse, und Testprozeduren werden bei den beteiligten Partnern weiter verwendet. Die aufgestellten Modelle zur Beschreibung von Zellen mit den Referenzmaterialien werden zukünftig zur Auslegung von Batterien und zur Lebensdauerabschätzung im Betrieb durch das Batteriemanagementsystem eingesetzt.

    Next to classic lead-add batteries li-ion are the predominating battery technology. The application area includes consumer application, stationary and automotive application. Further optimization would be preferable despite higher energy density already achieve in comparison with lead-acid and nickel metal hydride batteries. Especially for stationary and automotive applications stabilization in electrochemistry is necessary as well. At least an exact prediction of aging and average live is essential. The project was carried out in two parts. Energy density was optimized by increasing the electrochemical potential of the cells. The reference materials lithium-nickel-cobalt-manganese-oxide and lithium-iron-phosphate (4V materials) were replaced by lithium-cobalt-phosphate (5V material) developed and characterized within this project. Higher cell voltage required an adjustment of the cell especially of the used electrolytes. All cells had been electrically characterized extensively (by DC or impedance spectroscopy) as well as aged and examined post mortem for alterations. Resulting from those measuring data simulation models had been developed (clamp model, thermal model and aging model). During the project the complete value chain was installed by the different partners and their sub-contractors: 2 material manufacturers, 1 cell manufacturer, 2 battery manufacturers, 1 automobile manufacturer and 4 institutes and universities. Due to the reference materials it was possible to build stable cells which could be well described by those models. The features of these cells meet mostly the requirements of the automobile industry. It was possible to display the new lithium-cobalt-phosphate up to industrial dimensions. The results were promising and meet requirements in partial aspects. Stability of produced cells was optimized by adding additives but does not reach the state for product implementation yet. The development of the lithium-cobalt-phosphate is a piece of the puzzle of high voltage materials for energy optimized Li-ion cells. It imposes the highest potential but also demands highest requirements to the electrochemical system. The production process developed and the test procedures defined will be applied by all partners involved. Established models for simulating cells with reference materials will be used for future design of batteries and operation lifetime estimation by the battery management system.


    Zugriff

    Zugriff prüfen

    Verfügbarkeit in meiner Bibliothek prüfen


    Exportieren, teilen und zitieren



    Titel :

    Fünf-Volt-Lithiumionen-Zellen mit hoher Lebensdauer bei hoher Entladetiefe für Plug-In Hybrid- und Elektrofahrzeuge. Abschlussbericht des Verbundprojekts Li-Five. BMBF-Rahmenkonzept LIB2015 im Förderprogramm WING. Projektlaufzeit: 01.03.2009 - 28.02.2013


    Beteiligte:


    Erscheinungsdatum :

    2013


    Format / Umfang :

    242 Seiten, 170 Bilder, 26 Tabellen, 96 Quellen


    Medientyp :

    Report


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch