Abstract

 Die Leistungsfähigkeit einer Lithium-Ionen Zelle weist neben den elektrochemischen Eigenschaften der initialen Zell- und Materialauslegung eine hohe Abhängigkeit vom Alterungszustand auf. Für die Simulation von Zellen und Batteriesystemen sind Kenntnisse über das Alterungsverhalten notwendig und in der Modellbildung zu berücksichtigen. Die unvermeidbare Zellalterung wird dabei durch eine Vielzahl parallel auftretender Degradationseffekte hervorgerufen. Eine detaillierte Alterungsanalyse ist mit einem hohen Aufwand verbunden und oftmals nur durch eine Post-mortem-Analyse ermittelbar. In dem vorliegenden Artikel wird eine vereinfachte Methode vorgestellt, die es erlaubt, auf die dominanten Degratationseffekte zurückzuschließen. Betrachtet wird der Leitfähigkeitsverlust (conductivity loss, CL), der Rückgang von Lithiuminventar (loss of lithium inventory, LLI) und der Verlust von Aktivmaterial (loss of active material, LAM).
Um die Entwicklungsverläufe der einzelnen Alterungsmechanismen bestimmen zu können, wurden im Rahmen der Untersuchungen zwei voneinander unabhängige Messmethoden angewendet und optimiert. Als Messmethoden wurden die Elektrochemische Impedanzspektroskopie (electrochemical impedance spectroscopy, EIS) und die Messung der Leerlaufspannung (open circuit voltage, OCV) definiert. Aus der einfachen Leerlaufspannungsmessung lässt sich die Inkrementellen Kapazität (incremental capacity, IC) und die Differentielle Spannung (differential voltage, DV) bilden. Durch einen Vergleich der Messergebnisse beider Methoden wurde die Plausibilität und somit eine zulässige Anwendung der Messmethoden für eine detailliertere Alterungsanalyse von Lithium-Ionen Zellen nachgewiesen.
Die Erkenntnisse können nun zur Parametrierung von Simulationsmodellen herangezogen werden.