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. Datei-Upload durch TIB The aim of the project was to detect defective cells online using specially developed methods and to validate them using post-mortem methods at the MEET. For this purpose, cells with production-related defects were produced at MEET and sent to the project partners. The defects were to remain undetected by standard end-of-line cell tests after formation. During the investigation of the cells at MEET, i) a method for quantifying inactive lithium was to be developed, ii) the defects were to be identified and, if present, safety critical states during ageing were to be determined, iii) the methods of the project partners were to be validated and iv) the behaviour of transition metals on the defects was to be investigated. In MEET, the manufacturing defects were developed and adapted in consultation with the project partners so that they would not be detected by standard end-of-line tests. For the post-mortem examination of the pouch cells, a gas chromatography method was developed that allows the quantification of intercalated and metallically deposited lithium on the anode surface with coarse spatial resolution. With this method, the safety-critical influence of the defects on the homogeneity of the lithium metal deposition on the anode could be detected and quantified. These results were confirmed by LA-ICP-MS with a more precise spatial resolution. The homogeneity of the transition metal deposition was analysed by LA-ICP-MS at the defects and compared with the lithium distribution. The methods of the project partners were validated by visualisation of the deposited lithium after its on-line detection by NFRA or NMR. Defective cells could be identified within a cluster of four cells and showed a higher amount of lithium metal deposition and therefore an increased safety risk.