Nageltests an kommerziellen Lithium-Ionen Zellen (Typ 18650)

Haetge J, Reichert M, Börner M, Friesen A, Berghus D, Schappacher F M, Winter M, Ebner E, Schaar B, Voigt A C

Abstract in digital collection (conference)

Abstract

Für den Durchbruch der Elektromobilität ist Vertrauen in die neue Technik von herausragender Bedeutung. Dieses Vertrauen betrifft nicht nur die Reichweite und Lebensdauer, sondern vor allem auch die Sicherheit von Lithium-Ionen Batterien. Speziell die Vorfälle im Boeing „Dreamliner" und die Fahrzeugbrände des Tesla S in den USA in jüngster Zeit zeigen die enorme Bedeutung des Themas Sicherheit von Lithium-Ionen Batterien. Ein wichtiger Test zur Beurteilung des Sicherheitsverhaltens von Lithium-Ionen Batterien ist der Nageltest zur Simulation von internen Kurzschlüssen. Interne Kurzschlüsse können zu enormer Wärmeentwicklung innerhalb einer Batteriezelle und letztendlich zum thermischen Durchgehen (Thermal Runaway) und zur unkontrollierten Öffnung dieser führen. Ein wesentlicher Nachteil des Nageltests ist die uneinheitliche Durchführung des Tests weltweit. Variation von wesentlichen Parametern, wie der Wahl des Materials, aus dem der Nagel besteht, der Nageldurchmesser, die Vorschubgeschwindigkeit, die Eindringtiefe, Verweildauer etc. können das Sicherheitsverhalten der Zelle während des Tests positiv beeinflussen. Ziel der vorgestellten Arbeiten ist es, einen Nageltest zur Simulation von internen Kurzschlüsseln zu entwickeln, der einen maximalen Impact auf das Sicherheitsverhalten der Zelle hat. Ein weiterer Aspekt der Zellsicherheit ist der Einfluss von Parametern wie Ladezustand (SOC) und Alterungszustand (SOH) auf das Sicherheitsverhalten im Schadensfall. Wir präsentieren Ergebnisse von Nageltests an kommerziellen Lithium-Ionen Batterien (Format: 18650er), welche unter adiabatischen Bedingungen in einem Accelerating Rate Calorimeter (ARC) durchgeführt wurden. Unter adiabatischen Bedingungen wird die in der Zelle gebildete Wärme, beispielsweise resultierend aus einem Sicherheits- oder Missbrauchtest, nicht an die Umgebung abgegeben. Hierdurch können auch schwach verlaufende exotherme Reaktionen beobachtet werden. Die Durchführung von Sicherheitstests unter adiabatischen Bedingungen stellt die Simulation des Verhaltens einer einzelnen Zelle mit einem Defekt oder einer unzureichenden Kühlung in einem Batteriemodul dar. Die vorgestellten Arbeiten wurden im Rahmen des Leuchtturmprojektes „SafeBatt" (Förderkennzeichen 03X4631N), gefördert vom Bundesministerium für für Bildung und Forschung (BMBF), durchgeführt

Details zur Publikation

Release year: 2014
Language in which the publication is written: German