Li-Ion Flashcards
Warum sind Li-Ion Batterien so attraktiv?
Denn Sie hat eine geringe AtomareGewicht 6,94g/mol
Sie hat eine geringe Dichte 0,534g/cm3
hat aber auch eine höhere spezifische Kapasität 3,86Ah/g kann er speichern
hat Lithium hat die höchste Spannung -3,05V ggü. Wasserstoff
Wi ist die Klassifizierung und Typen von Lithium
Batterie Systemen
Wir haben Systeme MIT methallsiches Lithium ->Litihum Metall das wird weiterhin aufgeteilt in Systemen mit Li-Metallflüssig und Polymerelektrolyt (nicht in EV benutzt)
Wir haben Systeme OHNE methallsiches Lithium->Li-Ionen das wird weiterhin aufgeteilt in Systemen mit Li-Ionenflüssig und der ist in EV eingestezt und Polymerelektrolyt für Betrieb bei höhere Temp geringe Leistung
Wirkungsweise Lithium Metallbatterien?
Kathode aus Lithiummetalloxid beim Entladen nimmt er die Li Ionen aus der negativen Elektrode auf und Elektornene fließen von Anode zu Kathode über äußeren Stromkreis
Anode besteht aus der reiner Li-Metall und der dann da wenn Batterie aufgeladen ist. Also beim Aufladen wandern die Metallionen durch den Zwischengittern aus der Kathode zur Anode und wird zur methallisches Lithium
in Theorie kein Li auf Anode wenn voll entladen da alle auf die Kathode
Beim Entladen. Also Stromfluss von negativen elektrode von Anode zu Kathode, Li Ionen Fluss auch von Anode zu Kathode
Wirkungsweise einer Li-Ion Batterie?
ENTLADEN
Wir haben Anodenmaterial aus Graphit (LiC6) und Kathodenmaterial aus Lithiummetalloxid wo die Lithium Atomen ziemlich stabil sind.
Sobald eine Verbindung steht wollen die Lithium Ionen aus der Graphitschgihct wieder in ihren stabilen Metalloxid gehen und es entsteht einen Stromfluss von der Anode zur Kathode und Li+ Ionen wandern durch die Elektrolyt hin zur Metaloxid
Beim Entladen geben die Li-Atomen in der Anode (Graphitelektrode) ihre elektorenen weg und werden zu LiIonen diese Li+Ionen wandern dann durch die Elektrolyt hin zur Kathode und es entsteht einen Stromfluss von Anode zur Kathode.
in der voll entladenen Zustand haben wir die komplette Li Atomen auf der Kathode und auf der Anode ist nur Graphit da.
Welche Stromabnehmer Materialen benutzen wir?
Auf der Kathodenseite (LiMetalloxid) haben wir Stromabnehmen aus Aluminium und auf der Anodenseite (Graphit) haben wir Kupfer
Wie viel Prozent des Lithiums bleibt in der Kathodenmaterial in vollgeladener Zustand? (Metalloxid)
40% der des Lithiums bleibt in der vollgeladener Zustand in der Metalloxid in der Kathode und wandern nicht in der Graphit wegen des Stabilitäts.
Wenn man mehr als die 40% wegnimmt, bringt man die Kathode in einer thermodynamisch ungüstigen Zustand und es beginnt sich zu zersetzen. Exotherme Reaktion, freisetzung der Energie. Brandrisiko
Erkläre bitte den SEI Bildung und seine Effekte
An der Anode (Graphit) entsteht mit der Zeit eine Passivschicht diesogannte SEI. In dieser** SEI** bilden sich mit LI-Ionen Moleküle wie LiF,Li2O, Li2CO2 usw. mit der Elektrolyt. wesentliche Alterungsprozess, Entsteht bei der Erstladung
Dadurch wird kapasität verloren da diese Li Atomen und elektorernen nicht mehr in zur Verfügung stehen.
Andererseits wird die Innenwiederstad höher, sodass höhere Verluste und geringe Leistung verursacht wird.
Den Vorteil dieser SEI Schict ist die Sepertaion der Elektrolyt und Graphit und Verringerung der Reaktionsgeschwindigkeit.
Beschreibe die Eigenschaften für LiFePO4
interessantes Alternativmaterial für die Kathode
- Sehr hohe Stabilität (Sicherheit)
- 10% geringere Energiedichte als LiCoO2
- Kalendarische Lebensdauer unklar
- Sehr anspruchsvolle Diagnostik, da OCV sehr flacher Lade-/Entladeverlauf
Eine Nennspannung von 3,3V weniger als NiMgLí Batterien
Konstante Spannungsverlauf (wenig Spannungsabfall)
Außerordetnlich gutes Verhalten, dass man bei hohen C Raten durch höhere Temperatur sogar höhere Ah bekommt, da die Innenwiederstand sinkt.
Seperator und Elektrolyt Eigenschaften beschreiben?
Keramischer Separator, verhindert Kurzschlüsse bei Überhitzung
Elektrolyt Material: EC, PC, DMC,DEC, EMC
Leitsalz : LiPF6, LiCF3SO3,LiN (CF3SO2)2
Welche Zellformen gibt es ?
Rundzellen / Zylindrische Zellen
Pouch Bag“ Zellen
Prismatische Zellen
Eigenschaften Rundzellen / Zylindrische Zellen
Große Erfahrungen mit dem Zelldesign
Gute Lebensdauererlebnisse
Kühlung schwierig
Eigenschaften Pouch Bag Zellen
Sehr gute Kühlungseigenschaften
Hohe Energiedichten möglich
Eigenschaften Prismatische Zellen
Hohe volumetrische Energiedichte in Packs
Kombiniert Eigenschaften der zylindrischen und der
Pouch Bag Zellen
Wie ist die volumetrische Energiedichte defniert?
Wie ist die gravimetrische Energiedichte definiert?
Wie ist die gravimetrische Leistungsdichte definiert?
Die sogenannte volumetrische Energiedichte bezeichnet das Energiemaß in Joule pro Raumvolumen in Kubikmeter. Dabei gilt bei gleicher gespeicherter Energiemenge: Je größer die volumetrische Energiedichte, desto kleinere Maße hat der Akku.
Die gravimetrische Energiedichte gibt das Energiemaß in Joule pro Masse in Kilogramm an. Die Energiedichte von Lithium-Ionen-Akkus wird meist gravimetrisch, also als Kapazität pro Masse angegeben. Wie hoch die Energiedichte ist, hängt jeweils vom verwendeten Kathoden-Material ab. Meist wird hier Kobaltoxid verbaut. Dieses bietet eine Energiedichte von bis zu 180 Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg). Obwohl beispielsweise negative Elektroden aus Lithiumkobaltnickel sogar eine Energiedichte bis zu 240 Wattstunden pro Kilogramm ermöglichen, werden häufiger Lit-Ion-Akkus mit rund 170 Wattstunden pro Kilogramm eingesetzt. Wegen der geringeren Energiedichte bieten diese Akkus mehr als 500 Ladezyklen und sind somit insgesamt langlebiger.
Die gravimetrische Leistungsdichte beschreibt, wie viel Leistung pro Masse (Gewicht) aus einer Batterie entnommen werden kann. Sie wird in Watt pro Kilogramm (W/kg) angegeben.
Die Leistungsdichte gibt etwa Auskunft darüber wie stark ein Elektroauto beschleunigen kann, die Energiedichte hingegen ist dafür entscheidend, wie lange es fahren kann.
Hochleistungszellen vs. Hochenergiezellen Materialeigenschaften
Die HLZ haben eine mehr passiv Materialen und geringe Aktivmaterialen in gleicher Volumen als die HEZ denn die HLZ haben eine mehrere in Serie befindene Aufbau sodass allgemeinen die Weglänge über die Elektrolytem gering bleibt und somit Innenwiederstand sinkt und Leitung steigt. Denn P = U^2/R.
Die HEZ haben hingegen mehr Aktivmaterial sodass mehr Energiespeicherkapasität aber auch höhere Innenwiederstand und mehr Verluste und geringe Leistung in gleichen Volumen.
Hochenergiezellen vs. Hochleistungszellen
Elektrische Eigenschaften
-Leistungsdichte
-Energiedichte
-Effizienz
-Selbstentladung
-Lebensdauer
Leistungsdichte
200 -400 W/kg
2000-4000 W/kg
Energiedichte
180-270 Wh /kg
80-100 Wh /kg
Effizienz
~ 97%
~90
Selbstentladung
<3%/Monat (25 C)
< 3%/Monat(25 C)
Lebensdauer
bis zu 5000 Vollzyklen
10^6 (3,3%DOD)
Zyklenzahl und DOD Verbindung?
mit den HEZ fährt man häufig Vollzyklen und Sie schaffen bis ca.5000
mit den HLZ fährt man aber kleine DODs z.B. bei den Startvorgängen mit sehr hohen Leistungen, aber da kleine DOD 1.000.000 sind durch aus möglich
Einfluss von Spannungslevel Ladezustand beim Lagern auf kalendarische
Lebensdauer erklären .
eine geringe Ladezusztand also SOC von 0% bzw. 10% führt ganz geringe Kap. Verlust. Eine Lagerung bei 95% SOC führt nach 420 Tagen sogar eine 25% Kap. Verlsut
Wie sind die Betriebsgrenzen der LiIon Batterien definiert?
Die Betriebsgrenzen bei der Li-Ion Batterien sind durch die Spannung definiert und normaler Betrieb erfolgt in einem Bereich zw.2,5V und 4,3V
Was passiert wenn man UNTER der Normalbetriebsspannung kommt (unter 2,5V) und die Batterie so lässt für eine Zeit ?
Es kommt zu Korrosion der Metallisches Stromableiter , dabei werden methalsiichen Ionen freigesetzt was zur KS führen können.!
Was passiert wenn man ÜBER der Normalbetriebsspannung kommt (unter 4,2V) und die Batterie so lässt für eine Zeit ?
Wir wissen ja dass wir aus der Kathode beim Aufladen Li Atomen trennen und die auf die
Anode bringen zum Graphit. UND die Menge der abgtrennten Li Atomen sollen die 60% nicht übersteigen, beim ÜBERLADEN des Metalloxidschwamms kommt es zur Zersetzung des Materials -> **Thermal Runaway. **
Deshalb jede einzelne Zelle soll überwacht werden, da es nicht überladen werden darf.
Wie kommt es zu einer Thermal Runaway?
Was passiert bei einer Thermal Runaway?
Thermal Runaway wird initiert entweder durch einer Überladen Oder wenn die Zelle aufgewärmt wird bis 200C°.
Wenn Thermal Runaway startet kommt es zu chemische exothreme Reaktion statt und diese Wärme beschleunngt die Reaktion in Kreisfall, es kommt zur Zerfall der Aktivmasse erzeugung der o2 und Wärme
thermal runaway Vergleich von LiNiO2,LiMn2O2,LiFePO4,LiCoO2 von bestes Verhalten zu Schlechtes
LiFePO4(hat kein ThRA)>LiMn2O4>LiCoO2>LiNiiO2
Auf welcher Elektrodenseite kommt zur Thermal Runaway?
Auf der Kathodenmaterail, also auf der positiven seite der LiMeO2
Auf welcher Elektrodenseite kommt zur LithiumPlating?
Auf der Anodenmaterail, also auf der negativen seite der Graphit
Li-Plating Ursachen, auftritt erklären
Wenn es kalt ist diffundieren die Li-Ionen nicht mehr so gut in die Graphitkristalle beim aufladen rein, sondern sammeln sich auf der Oberfläche wenn dann zu viele LiIonen beim Laden kommen, kommt es zur metalssichen Li Ablagerung und erhöht die Sicherheitsrisiko.
