In-situ-Messungen an Lithium-Ionen-Batterien mit dem adiabatischen Reaktionskalorimeter

Kurzfassung

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Inbetriebnahme und apparatetechnischen Modifikation eines adiabatischen Reaktionskalorimeters vom Typ Netzsch ARC 254, um es für in-situ-Untersuchungen von Batterien nutzbar zu machen. Hierfür wurden Druckkapseln zur Aufnahme von Rundzellen der Bauart 18650 und 26650 konstruiert sowie ein Halter, der das Zyklisieren dieser Batterien mit höheren Strömen ermöglicht, jedoch ohne einen Druckanstieg während des Experiments zu überwachen. Die für Batterieversuche relevanten Betriebsarten des Kalorimeters wurden funktional überprüft und ein Abgleich mit der vorhergehenden Softwareparametrierung durchgeführt. Die Bedeutung der Parameter in den einzelnen Betriebsarten wurde detailliert beschrieben, so dass die vorliegende Arbeit als Leitfaden für nachfolgende Anwender des Kalorimeters dienen kann. Dies betrifft auch die in regelmäßigem Turnus auszuführende Thermoelementkalibrierung, ohne welche keine zuverlässige Einstellung adiabatischer Versuchsbedingungen möglich ist. Für die Betriebsart HWS (heat-wait-search), welche das für Batterieversuche gebräuchlichste Verfahren darstellt, wurde für das Postprocessing der Messdaten ein Matlab-Skript erstellt. In Anlehnung an die Richtlinie SAND-990497 wurde die thermische Stabilität von drei Batterien der Bauart 18650 mit jeweils verschiedener Zellchemie überprüft. Untersucht wurden eine neue und eine gealterte Batterie mit LiFePO4-Kathode des Herstellers A123 Systems sowie zwei Batterien von Panasonic mit einem Kathodenmaterial auf LiCoO2-Basis, welche jeweils einer schrittweisen Erwärmung in einem HWS-Zyklus unterworfen wurden.