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Vortrag

Großflächige materialographische Präparation prismatischer Li-Ionen Zellen (PHEV2) für Energiespeicher

Freitag (23.09.2016)
09:55 - 10:15 Uhr Hörsaal A
Bestandteil von:


Lithium-Ionen-Akkumulatoren (LiB) stehen aufgrund ihrer hohen Energie- und Leistungsdichte im Fokus der Elektromobilität und stationärer Speicher. Der Einsatz von prismatischen hochkapazitativen LiB (PHEV2-Zellen) in der automobilen Anwendung erfordert eine gegenüber dem Bereich der „Consumer Electronic“ deutliche Steigerung der Qualitäts-, Leistungs- und Lebensdaueransprüche. Maßgebliche Funktionseigenschaften und die Qualität, besonders die Lebensdauer der LiB hängen stark vom Gefügeaufbau, von feingeometrischen Merkmalen und von Fertigungsungänzen wie z.B. Fremdphasen, Partikelgrößenunterschiede oder Schichtdickenschwankungen ab. Die bisher eingesetzten zerstörungsfreien Verfahren zur Qualitätsüberwachung können die Qualität der Fertigung nur mit unzureichendem Informationsgehalt darstellen. Der geometrische Aufbau und die Struktur der Elektroden-Materialien sind nur über mikroskopische Verfahren zu erfassen. Dabei auftretende Zellquerschnitte von ca. 150 x 25 mm bei PHEV2-Zellen in der Elektromobilität setzen bei der herkömmlichen materialographischen Präparation und der mikroskopischen Bildaufnahme neue Maßstäbe.

In der vorliegenden Arbeit werden Methoden aufgezeigt, welche eine großflächige Präparation und eine damit verbundene ganzheitliche mikroskopische Charakterisierung von prismatischen PHEV2-Zellen ermöglichen. Die Herausforderungen bei der großflächigen Präparation von PHEV2-Zellen sind der Probenquerschnitt, die unterschiedlichen Materialien und die schwach eingebundenen Aktivmassenpartikel in den Elektroden. Die Bewertung der feingeometrischen Zellqualität und die Detektion von herstellungsbedingten Fehlstellen erfolgt durch lichtmikroskopische Verfahren. Die bei der ganzheitlichen Charakterisierung der inneren Strukturen von PHEV2-Zellen resultierenden Bildaufnahmen besitzen eine Dateigröße im dreistelligen Gigabyte-Bereich. Mit Hilfe der quantitativen Gefügeanalyse (QGA) wird über die Bestimmung des erreichten prozentualen Aktivmassenvolumenanteils in der Kathodenbeschichtung die Poliergüte ermittelt. Untersuchungen an vielen Proben ermöglichen eine statistische Ermittlung der Häufigkeit von Fehlstellen im Zellaufbau, welche kategorisiert dargestellt werden. Die großflächige materialographische Präparation in Verbindung mit der Lichtmikroskopie bietet somit einen vielversprechenden Ansatz, um die quantitativen Wirkzusammenhänge zwischen den Fertigungsparametern und der Fertigungsqualität von PHEV2-Zellen zu erschließen. Im Weiteren wird die Machbarkeit einer möglichst automatisierten robotergestützten Präparation der PHEV2-Zellen mit zwei gegenläufigen Rotationsbewegungen dargestellt. Die Etablierung dieses Ansatzes soll eine nahezu größenunabhängige Präparation mit erhöhtem Automatisierungsgrad erlauben.

 

Sprecher/Referent:
Pius Schirle
Hochschule Aalen - Technik und Wirtschaft
Weitere Autoren/Referenten:
  • Andreas Jansche
    Hochschule Aalen
  • Andreas Kopp
    Hochschule Aalen
  • Dr. Timo Bernthaler
    Hochschule Aalen
  • Prof. Dr. Gerhard Schneider
    Hochschule Aalen

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