// MaT4BaT: Langlebige Fahrzeugbatterien

Die Gewährleistung einer hohen Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Lithium-Ionen-Batterien ist ein wesentlicher Faktor für den Markterfolg der Elektromobilität und zur Zwischenspeicherung regenerativer Energien. Das durchgängige Verständnis der Zusammenhänge zwischen Zellmaterialien, Elektroden- und Zelldesign sowie Alterungsmechanismen ist zwingend notwendig, um Alterungstests in Bezug auf Vorhersagekraft und Zeitraffung verbessern und Lebensdauerprognosen mit hoher Treffsicherheit entwickeln zu können.

In dem seit 2013 von der EU geförderten Verbundprojekt MAT4BAT wurden am ZSW Zellen verschiedener Hersteller, die bei den Projektpartnern unter verschiedenen Bedingungen zyklisiert und/oder gelagert wurden, geöffnet und analysiert. Dabei wurde die Abscheidung von metallischem Lithium auf den Anoden als eine der Hauptursachen für die Zellalterung von Hochenergiebatterien im Zyklisierbetrieb identifiziert. Dieses sogenannte „Lithium Plating“ bildet sich insbesondere während des Ladens mit höheren Strömen oder bei niedrigen Temperaturen und führt zu einem zunehmenden Kapazitätsabfall sowie verschlechtertem Sicherheitsverhalten der Zellen.

Im Projekt wurden die Betriebsparameter, bei denen metallisches Lithium auftreten kann, intensiv untersucht (s. Abb. unten). Grund für die Lithiumabscheidung sind Polarisationseffekte im Elektroden-Stack, die mit Hilfe von Referenzelektrodenmessungen quantitativ bestimmt werden können. Im Projekt wurde die optische Glimmentladungs-Spektroskopie (GDOES) zur Tiefenprofilbestimmung der Lithiumverteilung in der Anode etabliert. Zudem konnte erfolgreich eine Methode implementiert werden, bei der mittels rekonstruierter Zellen und Referenzelektrodenmessungen Betriebsbedingungen sicher vorhersagbar werden. Durch die Wahl angepasster Ladestrategien kann die Lithiumabscheidung weitgehend vermieden und die Lebensdauer der Zellen signifikant erhöht werden.

Ansprechpartner

Dr. rer. nat. Thomas Waldmann
+49 731 9530-212
Bestimmung der Ladebedingungen für Lithium Plating in Abhängigkeit von Temperatur, Stromdichte und Ladeschlussspannung. Bild: ZSW/ECM
Bestimmung der Ladebedingungen für Lithium Plating in Abhängigkeit von Temperatur, Stromdichte und Ladeschlussspannung. Bild: ZSW/ECM