BeLiMIA – Beobachtung von Lithiumionenzellen mittels Zusammenführung von Messmethoden zur Identifizierung und Quantifizierung von Alterungsvorgängen

Vorhabensziel:

In dem Projekt BeLiMIA geht es um die Identifizierung der wesentlichen Alterungsprozesse für verschiedene Zelldesigns (Aktivmaterialkombinationen und Zelltypen). Zur Aufklärung der Zellalterung soll dabei insbesondere auch Glasfasersensoren verwendet werden, die vielseitige Möglichkeiten zur Zellcharakterisierung bieten. Die Optimierung dieser Sensoren, die Zellapplikation und Sensordatenauswertung sind daher im Fokus der Arbeiten.

Arbeitsplanung:

Seitens des HHI erfolgt die Optimierung von Glasfasersensoren für den Einsatz zur Zellcharakterisierung. Hierbei kann die Integration der elektro-chemisch inerten Glasfasersensoren in das Zellinnere und durch Übertragung des Lithiierungsgrades in ein optisches Dehnungssignal erfolgen. Zudem kann alterungsbedingte, mechanische Spannungsbildung detektiert werden. Letztendlich soll eine Korrelation zwischen internen und externen Messsignalbestandteilen ergründet werden. Für die Bestimmung von Alterungsprozessen werden zu Projektbeginn definierte Materialklassen und Zelldesigns gewählt. Seitens des ISIT erfolgen Untersuchungen zur Abhängigkeit der Alterung vom Belastungsprofil (thermisch und elektrisch) durch Zelltests, wobei zur Identifikation der wesentlichen Alterungsprozesse Messungen von Sensorzellen (Referenzelektrode, Glasfasersensoren) erfolgen sowie seitens des IFAM Post-Mortem Analysen durchgeführt werden. Einflüsse von Inhomogenitäten durch Bau von Zellen mit definierten Fehlstellen und die Untersuchung des Einflusses mechanischer Belastungen durch Messungen mit Glasfasersensorik sollen validiert werden. Die Quantifizierung des Zusammenhangs zwischen Belastungsprofil und Alterungsprozessen sowie Zellperformance erfolgt Datenbank-unterstützt, verbunden mit entsprechender Datenanalyse seitens des IFAM.

Ergebnisverwertung:

Die Ergebnisse werden in Vorträgen, Veröffentlichungen und Postern publiziert. In enger Anbindung an Zellfertiger und Systemintegratoren sollen die erlangten Erkenntnisse direkt umgesetzt werden. Darüber hinaus werden die Projektergebnisse in den Forschungscluster “Batterienutzungskonzepte” als Grundlage weiterer Projekte eingebracht. Die generierten Daten sollen Cluster-übergreifend über ein abgestimmtes Datenbankmanagement zur Verfügung gestellt werden. Die Erkenntnisse zur Alterungsbestimmung können auch für die Forschungsfertigung Batteriezelle (FFB) eingesetzt werden, um daraus wesentliche Erkenntnisse zur Alterungsvermeidung bzw. -verminderung zu generieren. Aufgrund der Vergrößerung der Wissensbasis der beteiligten Institute können der deutschen Industrie, insbesondere dem Mittelstand, hochwertige F&E–Leistungen offeriert werden.