Page 14 - TU Dresden - StuFoExpo 2024: Book of Abstracts

Untersuchung anodengesteuerter Ladekurven und Lithium-
Plating für verschiedene Lithium-Ionen Zellchemien

Bremmel, Klemens | Klemens.Bremmel@mailbox.tu-dresden.de
Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik, Technische Universität Dresden
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Die Alterung von Lithium-Ionen-Batterien ist eine grundlegende Problemstellung für die weitere
Verbreitung von batterieelektrischen Fahrzeugen im Verkehrssektor. Lithium-Plating stellt hier ei-
nen zentralen Alterungsmechanismus dar, bei dem sich das Lithium während des Ladevorgangs
auf der Anode abscheidet anstatt in sie zu interkalieren. Wegen der komplizierten Detektion ist die
konsequente Verhinderung der Plating-Reaktion von großem wissenschaftlichem Interesse.

Für ein besseres Verständnis des Alterungsmechanismus werden in dieser Arbeit daher spezielle
Experimentallzellen mit zusätzlicher Referenzelektrode für die Aufnahme von Ladekurven verwen-
det. Mit ihnen wird untersucht, wie schnell diese ohne das Auftreten von Lithium-Plating geladen
werden. Zudem werden verschiedene Detektionsansätze untersucht und evaluiert.

Zu Beginn wird ein Prozess zum Bau von Experimentalzellen aus kommerziellen Rundzellen in ei-
INGENIEURWISSENSCHAFTEN
ner kontrollierten Argon-Atmosphäre erarbeitet. Im Anschluss findet eine Validierung des Prozes-
ses durch den Vergleich der elektrochemischen Verhaltensweisen von Rund- und Experimen-
talzelle miteinander statt.

Für die Ermittlung des kürzesten Ladevorgangs ohne Lithium-Plating wird ein dafür optimierter
Prüfplan verwendet, der mit der Referenzelektrode ein Absinken des Anodenpotentials unter 0 V
und dadurch die Plating-Reaktion verhindert. Die Temperaturabhängigkeit der Ladegeschwindig-
keiten und der Plating-Reaktion wird durch die Messung der Ladekurven bei verschiedenen Tem-
peraturniveaus evaluiert.

Zur Bewertung der Detektionsmöglichkeiten von Lithium-Plating werden die unterschiedlichen
Methoden durch Versuche mit den Experimentalzellen verglichen und anschließend bewertet.

Mit der Prozessvalidierung konnte bestätigt werden, dass die gebauten Experimentalzellen ein
sehr ähnliches elektrochemisches Verhalten wie die ursprünglichen Rundzellen aufweisen. Somit
stellen die Experimentalzellen ein gutes Abbild der Rundzellen für die durchzuführenden Versuche
dar.

An den mit den Experimentalzellen gemessenen Ladekurven konnte eine signifikante Temperatur-
abhängigkeit der Ladegeschwindigkeiten beobachtet werden, die bei geringeren Temperaturen
abnimmt. Zudem zeichnete sich bei den Zellen mit höherer Energiedichte eine stärkere Limitierung
des Ladestroms durch Lithium-Plating aus als bei den Zellen mit höherer Leistungsdichte.

Zusätzlich wies die Problemstellung des Lithium-Platings als Alterungsmechanismus eine starke
Variation zwischen den untersuchten Zellen auf, was abweichende Ladekurven zur Folge hat.

Bis auf die Verwendung einer dritten (Referenz-)Elektrode konnte jedoch keine der weiteren Me-
thoden zur Detektion von Lithium-Plating auf der Ebene der Experimentalzelle erfolgreich validiert
werden.

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