Übung 6

Question 1

Aufgabenstellung 1: Was versteht man unter „Formierung“ und was unter „Reifung“? Was ist das Ziel der Formierung und der Reifung?

Answer 1

Formierung
Definition: Die Formierung bezeichnet den ersten kontrollierten Lade- und Entladevorgang einer Batteriezelle unter definierten Bedingungen.
Ziel: Optimale Ausbildung der Grenzschichten zwischen der Anode und dem Elektrolyt.
Reifung
Definition: Die Reifung bezeichnet den stromlosen Zustand der Batteriezelle nach der Formation.
Ziel: Chemische Stabilisierung der Grenzschicht, Sicherstellung der Funktionalität für den Langzeitbetrieb sowie Qualitätssicherung.
Hauptunterschied
Formierung ist ein Be- und Entstromungsprozess, während die Reifung ein reiner Lagerungsprozess ist.

Question 2

Aufgabenstellung 2: Beschreiben Sie die Prozessschritte der Formierung.

Answer 2

Vorbereitung
● Für die Formierung werden die Batteriezellen in Spezialwarenträgern in Formierungsregale geführt und durch
Federkontaktstifte oder Gripper kontaktiert.
Hauptprozess
● Die Batteriezelle wird kontrolliert Be- und Entladen.
● Die Formierungsparameter (u.a. Strom und Spannung) sind je nach Zellhersteller unterschiedlich. Durch sie wird maßgeblich die Qualität der Zelle bestimmt.
● Durch die Messung von spezifischen Parametern (u.a. Widerstand, Impedanz, Kapazität) über die Zeit kann auf die Qualität des Produktionsprozesses geschlossen werden.
● Frühe Identifikation von möglichen NIO-Zellen

Question 3

Aufgabenstellung 4: Beschreiben Sie das CCCV Verfahren.

Answer 3

● Zusammengesetzes Ladeverfahren aus einer konstanten Stromphase und einer konstanten Spannungsphase
1. Zu Beginn Ladung mit konstantem Strom CC (constant current) bis
eine definierte Ladeschlussspannung erreicht wurde. Der
Ladestrom orientiert sich an der Kapazität der Zelle
2. Anschließend wird bei konstanter definierte Spannung CV (constant voltage) weiter geladen bis der Stromlauf einen bestimmten unteren Grenzwert erreicht hat oder nach einer fest definierten Zeit beendet.

● Reines CC-Verfahren birgt den Nachteil eines zu hohen Stromes,
welches sich negativ auf die SEI-Schichtbildung auswirkt (Gefahr der Überladung, da Spannung nicht gemessen werden kann)
● Neben dem CCCV-Verfahren existieren noch weitere wesentlich komplexere Verfahren

Question 4

Aufgabenstellung 5: Bei der ersten elektrischen Ladung der Batteriezelle kommt es zur sog. SEI-Schichtbildung. Nennen Sie drei Parameter, die die Eigenschaften der SEI beeinflussen.

Answer 4

● Temperatur: abhängig von der Zellchemie können sich Temperaturen über bzw. unter der Raumtemperatur positiv auf die SEI-Schichtbildung auswirken.
● Lade-Rate (C-Rate): zu hohe C-Raten wirken sich negativ auf die SEI-Schichtbildung aus.
● Ladeschlussspannung
● Elektrolytzusammensetzung

Question 5

Aufgabenstellung 6: Beim EoL-Testing von Batteriezellen können unterschiedliche Qualitätsparameter gemessen werden. Was sind drei mögliche Qualitätsparameter beim EoL-Testing?

Answer 5

● Kapazität

● Spannung ● Gewicht

Question 6

Aufgabenstellung 7: Nennen Sie die Haupteinflüsse auf die Qualität der Zelle und jeweils einen Parameter, der diese beeinflusst?

Answer 6

Material: Akitvmaterial, Leitsalz, Elektrolyt, Stromableiter
Umwelt : Temperatur, Umgebungsdruck, Luftfeuchtigkeit
Elektrische Parameter: Entladerate Entladeschlussspannung Übergangswiderstände Anzhal Formierungszyklen
Mechanische Parameter: Kontaktierungsarten, Lage der Zelle, Zellgeometrie

Question 7

Aufgabenstellung 8: Benennen Sie die Anforderungen an das Aging.

Answer 7

● Konstante Temperatur während des Agingvorgangs
● Zellhersteller nutzen Umgebungstemperatur zur Beschleunigung des Prozesses und zur Verbesserung der
Zellqualität
● Vollautomatisierte Warenträgerhandhabung: für das Handling und Transport der Zellen ist eine hohe Anzahl an Warenträgern erforderlich
● Hohe Sicherheitsanforderungen für den Fall einer defekten Zelle
● Automatisiertes Löschsystem
● Packungsdichte der Zellwarenträger

Question 8

Aufgabenstellung 9: Benennen Sie drei Herausforderungen der Zellfinalisierung.

Answer 8

1. Geringe Übergangswiderstände 2. Hohe Energiekosten
2. Hohe Sicherheitsanforderungen 4. Hoher Flächenbedarf
3. Hohe Lagerkosten

Question 9

Aufgabenstellung 10: Welcher Prozessschritt benötigt den meisten Zeit und Flächenbedarf?

Answer 9

Zeit: Lagerung, Fläche: Elektrodenproduktion