Lithium-Ionen-Batterietechnik
Ein Einblick in die Lithium-Ionen-Batterietechnik
2.8.3 Wärmeabgabe (Abkühlung)
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Ein kleiner Appell in Sachen Sicherheit
Verknappung bei Lithium-Ionen-Zellen in 2021
Nickelanteil wird wohl erhöht
Inhaltsverzeichnis
1. Allgemeines
1.1 Primäre Batteriesysteme
1.2 Sekundäre Batteriesysteme
1.3 Elektrotechnisches Vokabular
1.4 Zelle
1.5 Batterie
1.6 Anode und Kathode
1.7 Lithium
1.7.1 Vorkommen
1.7.2 Gewinnung
1.8 Lithium-Ionen
1.9 Elektroden
1.10 Systemspannung (Nennspannung)
1.11 Historie der Li-Sekundärsysteme
2. Funktionsweise von Lithium-Ionen-Batterien
2.1 Chemische Reaktionen
2.2 Nennspannungen der Kathoden- und Anodenmaterialkombination
2.3 Kathodenmaterialien
2.3.1 Lithium-Kobaltdioxid (LiCoO2)
2.3.2 Lithium-Nickeldioxid (LiNiO2)
2.3.3 Metalloxid-Stoffsysteme
2.3.3.1 NMC-Stoffsysteme (Li(NixCoyMnz)O2)
2.3.3.2 NCA-Stoffsysteme (Li(NixCoyAlz)O2)
2.3.4 Manganspinell (LiMn2O4)
2.3.5 Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4)
2.3.6 Vor- und Nachteildiskussion
2.4 Anodenmaterialien
2.4.1 Lithium-Metall
2.4.2 Sauerstoff (Lithium/Luft)
2.4.3 Carbon/Graphit
2.4.4 Legierungsbildende Anodenmaterialien (Si und SnO)
2.4.5 Lithium-Titanat
2.4.6 Vor- und Nachteilsdiskussion
2.5 Die Kombination von Kathode und Anode
2.6 Beladung der Elektroden
2.7 Lebensdauerende
2.8 Wärmeeffekte
2.8.1 Allgemeines
2.8.2 Wärmekapazität und Erwärmung
2.8.3 Wärmeabgabe (Abkühlung)
2.9 Thermal Runaway
2.9.1 „Thermal Runaway“ bei nicht mangelbehaften Zellen
2.9.2 „Thermal Runaway“ bei mangelbehaften Zellen
3. Konstruktion
3.1 Kathode
3.2 Anode
3.3 Separatoren
3.4 Elektrolyte
4. Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien
4.1 Eigensicherheit von Lithium-Ionen-Zellen
4.2 Einhaltung der Betriebsparameter
4.3 Sonstige Parameter
4.4 Testmatrix UN 38.3, IEC 62133 und IEC 62619
5. Bauformen
5.1 Zylindrische Zellen
5.2 Primatische Zellen
5.3 „Pouched“ Zellen
6. Herstellung und Prozessabläufe
6.1 Herstellung von Kathode und Anode
6.2 Wickeln und Stapeln der Elektrodenfolien
6.2.1 Wickeln der Elektroden
6.2.2 Stapeln der Elektroden
6.3 Einbringung in das Gehäuse
6.4 Füllen mit Elektrolyt
6.5 Formation – „Initial Charging“
6.6 Fertigstellung – „finishing“
7. Entladung
7.1 Entladeraten
7.2 Maximale Entladeströme
7.3 Innenwiderstand und Ortskurve
7.4 Spannungssack (Coup de Fouét)
7.5 Temperaturbereich der Entladung
8. Ladung
8.1 IUa-Kennlinie – „CC-CV-off“
8.2 Balancierung
8.3 Ladezeiten
8.4 Ladespannungen
8.5 Überladespannung
8.6 Ladestrom
8.7 Temperaturbereich der Ladung
8.8 Wirkungsgrad
9. Lebensdauer
9.1 Zyklenlebensdauer
9.2 Kalendarische Lebensdauer
9.3 State of health (SOH)
10. Batteriemanagementsyteme (BMS)
10.1 Betriebsfenster
10.2 Balancing
10.2.1 Passives Balancing
10.2.2 Aktives Balancing
11. Serien- und Parallelschaltung von Zellen
12. Normung
13. Lagerung
14. Transport
15. Literaturverzeichnis