OSLiB - Online Sicherheitsbewertung von Lithium-Ionen-Systemen im Betrieb

Abstract

Ziel des Projekts war es mittels eigens entwickelter Methoden online fehlerhafte Zellen zu detektieren und anschließend mit post-mortem Methoden am MEET zu validieren. Hierzu wurden Zellen mit produktionsbedingten Mängeln am MEET produziert und an die Projektpartner versandt. Dabei sollten die Zellen von gängigen End-of-Line-Tests nach der Formierung unerkannt bleiben. Bei der Untersuchung der Zellen am MEET sollte i) eine Methode zur Quantifizierung von inaktivem Lithium entwickelt werden, ii) die Defekte erkannt und falls vorhanden sicherheitskritische Zustände während der Alterung bestimmt werden, iii) die Methoden der Projektpartner validiert und iv) das Verhalten von Übergangsmetallen auf die Defekte untersucht werden. Am MEET wurden die produktionsbedingten Mängel mit Abstimmung mit den Projektpartnern entwickelt und angepasst, sodass diese bei gängigen End-of-Line-Tests nicht erkannt werden. Für die post-mortem Untersuchung der Pouch-Zellen wurde eine Gaschromatographie-Methode entwickelt, die die Quantifizierung von interkaliertem und metallisch abgelagertem Lithium auf der Anodenoberfläche mit grober Ortsauflösung erlaubt. Mit dieser Methode konnte der sicherheitskritische Einfluss der Defekte auf die Homogenität der Lithiummetallabscheidung auf der Anode detektiert und quantifiziert werden. Diese Ergebnisse konnten mittels LA-ICP-MS mit einer genaueren Ortsauflösung bestätigt werden. Die Übergangsmetallabscheidungshomogenität wurde mittels LA-ICP-MS an den Defekten untersucht und mit der Lithiumverteilung verglichen. Die Methoden der Projektpartner konnten validiert werden über die Darstellung von abgelagertem Lithium nach dessen online Detektion mittels NFRA oder NMR. Zellen mit Defekt konnten innerhalb eines Zellverbunds von vier Zellen erkannt werden und zeigten eine höhere Menge an Lithiummetallabscheidungen und damit verbunden ein erhöhtes Sicherheitsrisiko.