ISBN 9783843909327

978-3-8439-0932-7, Reihe Materialwissenschaften

Nina Schweikert
Impedanzspektroskopische Untersuchungen an Lithium-Ionen-Batterien

166 Seiten, Dissertation Technische Universität Darmstadt (2013), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

In dieser Arbeit werden Lithium/Lithiumtitanatspinell- und Lithium/Lithiumkobaltoxid-Halbzellen sowie Lithiumtitanatspinell/Lithiumkobaltoxid-Batteriezellen im Knopfzellen-Design bei verschiedenen Ladezuständen mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie untersucht. Um neue Erkenntnisse im Bezug auf die Alterung der Testzellen zu erhalten, werden umfassende Zyklisierexperimente unter verschiedenen Betriebsbedingungen durchgeführt. Die Modellierung und Simulation der Impedanzverläufe erfolgt durch ein einfaches elektrisches Ersatzschaltbildmodell. Die Parameter des strukturellen Modells werden verwendet, um die Lade- und Degradationszustände der Lithium-Ionen-Batterien zu bestimmen. Die Ausbildung der Passivierungsschicht sowie das Wachstum von Lithiumdendriten an der Metalloberfläche während des Entladens und Ladens der Batteriezellen zeigt dabei einen deutlichen Einfluss auf die Impedanzspektren. Parameter, die mit dem Aktivmaterial in Zusammenhang stehen, weisen eine starke Korrelation mit dem Lithiumgehalt auf und erlauben eine Vorhersage des Lade- als auch des Alterungszustands der Lithium/Lithiumtitanatspinell- und Lithium/Lithiumkobaltoxid-Halbzellen. Für die Frequenzantworten der Lithiumtitanatspinell/Lithiumkobaltoxid-Batteriezellen kann hingegen nur eine Variation mit dem Lithiumgehalt in der Zelle beobachtet werden. Hier erweist sich eine Bestimmung des Alterungszustands als schwierig und ist nur dann möglich, wenn der Ladezustand bereits bekannt ist.