Alterungs- und Post-Mortem Analytik
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F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R S I L I C AT F O R S C H U N G I S C 1 1 - 3 Öffnung unter Schutzgasatmosphäre und CT-Aufnahme einer Standard Lithium-Ionen Batterie 2 3 ALTERUNGS- UND POST-MORTEM-ANALYTIK Die Weiterentwicklung von lithiumbasieren- Mittels zerstörungsfreier Methoden, wie der den Batterien mit immer größeren Speicher- Computertomographie, können sowohl dichten bei gleichzeitig hoher Zuverlässigkeit Produktionsfehler wie Partikelkurzschlüsse Fraunhofer-Institut für und Sicherheit kann nur erfolgreich ver- und Fehlwicklungen erkannt werden. Auch Silicatforschung ISC laufen, wenn die Alterungsprozesse und das Alterungserscheinungen wie Delamination Entstehen von Abnutzungserscheinungen und Kontaktierungsprobleme werden Neunerplatz 2 besser verstanden werden. Hierzu bietet das detektiert. 97082 Würzburg Fraunhofer ISC umfassende Leistungen an. Jana Müller Laborzellen zur Untersuchung verschiedener einen »elektrochemischen Blick« auf die Zelle Telefon +49 931 4100-244 Zellkomponenten können am Institut direkt zu werfen. Weitere Informationen zur Zelle [email protected] nach Kundenwünschen gefertigt werden. können nach dem Öffnen in inerter Atmos- Alternativ besteht die Möglichkeit bereits vor phäre anhand einer Vielzahl physikalischer handene Zellen zu untersuchen. Die Zyklisie- und chemischer Methoden erlangt werden. Impedanzanalysen an der Zelle erlauben es, www.isc.fraunhofer.de rung der Zellen erfolgt nach gängigen Testszenarien. Bei Bedarf können Prozeduren an Materialveränderungen können so ortsauf- die spezifischen Kundenanforderungen an- gelöst nachgewiesen werden. Dazu wird die gepasst werden. Durch beschleunigte Alte- Elektrode Schicht für Schicht durch einen rung können Degradationsmechanismen Ionenstrahl freigelegt und anschließend per effizent und zuverlässig untersucht werden. XPS oder EDX analysiert. Änderungen in der Die Untersuchung unter extremen Klima- Kristallstruktur können mittels Röntgenbeu- bedingungen können hierbei zusätzliche gung dargestellt und kleinste mechanische Informationen über die Widerstandsfähigkeit Defekte per Rasterelektronenmikroskopie der untersuchten Zelltechnologie liefern. aufgespürt werden. 10 µm 2 1 Degradationsprodukte in der Zelle können Zur umfassenden Charakterisierung steht ein Die Dokumentation erfolgt in üblichen Datei- mittels verschiedener chemischer Analyseme- nahezu vollständiger Satz an Untersuchungs- formaten für eine direkte Verwendung in thoden (z. B. ICP-OES) bestimmt werden. methoden zur Verfügung. eigenen Präsentationen und Dokumentationen. Bilder aus der Computertomographie Diese Informationen helfen, materialspezi- Die chemische Analytik umfasst unter können beispielsweise TIFF oder JPG geliefert fische oder durch die Umgebung bedingte anderem: werden. Das Zusammenspiel von ange- Alterungsmechanismen sicher festzustellen. ICP-OES zum quantitativen Nachweis der wandter Elektrochemie und zertifiziertem Auf Wunsch können auf Basis dieser Infor- Analytiklabor unter einem Dach ermöglicht mationen Beschichtungen entwickelt und Scanning Electrochemical Microscope Ihnen einen schnellen, vollständigen und Prozesse angepasst werden, um die Degra- (SECM) wissenschaftlich fundierten Zugang zu dation in der folgenden Zellgeneration zu Thermogravimetrie mit Online Massen- Alterungsprozessen und Zelldefekten. verringern. Lithium-Verteilung im System spektrometer und Infrarotspektrometer (TGA-FTIR-MS) Darüber hinaus bietet das Fraunhofer ISC Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) neben jahrelanger Erfahrung den Zugang Unsere Leistungen zu Netzwerken und zahlreichen Kontakten innerhalb und außerhalb der Fraunhofer Bau der Messzelle (Pouchbag, Laborzelle Beispiele für physikalische Gesellschaft. Dadurch können vielfältige bis 2,5 cm2) aus Einzelkomponenten Untersuchungsmethoden und weiterführende Methoden wie zum Beschleunigte Alterung (Kapazität bis 5 Ah) Elektronenmikroskopie: (Kryo-)REM, TEM, Untersuchungen der Betriebsfestigkeit und Zyklisierung unter extremen Umwelt- Vierpunktanalyse Systemzuverlässigkeit von Batteriesystemen bedingungen (-20 °C bis + 80 °C, Tiefenprofil (TOF-SIMS, FIB/EDX) mit hohem Qualitätsanspruch realisiert 100 % rt. Feuchte) (Stereo-)-Mikroskopie werden. Zerstörungsfreie Analyse mittels 3-D-Laserscanning Mikroskopie Impedanzspektroskopie und Spektroskopische Methoden (XPS, Beispiel Sicherheitstests an Zellen sowie Computertomographie μ-Raman, IR) Darstellung von Defekten (Delamination, Röntgenbeugung (XRD) internen Kurzschlüsse, Risse, Dichte- Computertomographie (CT) variationen) Öffnung und Charakterisierung von Zellen in Schutzgasatmosphäre Vergleichende Messung vor und nach 1 CSP-Schnitt einer beschichte- der Zellalterung ten Anode Probenpräparation für artefaktfreie 2 Anschluss einer Laborzelle an Charakterisierung einen Potentiostat für die elektrochemische Charakterisierung.
