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Untersuchung dreidimensionaler struktureller Veränderungen in LiFePO4-Batterien mittels Röntgen-Tomografie

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Published/Copyright: September 21, 2015
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Kurzfassung

Die Sicherheit und Beständigkeit von Lithium-Ionen-Batterie-Systemen ist insbesondere für den Einsatz in der Fahrzeugindustrie von hoher Bedeutung. Deshalb werden die Auswirkungen von Kurzschlüssen und Überladungen mittels röntgen-tomografischer Methoden untersucht. Beide Vorgänge führen zu strukturellen Schädigungen im Inneren der Batterien, die äußerlich zerstörungsfrei identifiziert werden. Als Anwendungsbeispiel wurden kommerzielle LiFePO4-Batterien gewählt, die in verschiedenen Applikationen weitläufig zum Einsatz kommen.

Abstract

Safety and durability are key issues in the development and application of lithium ion batteries, especially in automotive industry. Batteries are investigated after electrical short-circuit and after overcharging by means of X-ray tomography. The study reveals different mechanisms of inner structural damages. Commercial LiFePO4 batteries have been chosen for the investigation because they are widely used in different applications.


Korrespondenzadresse, Markus Osenberg, HZB, Inst. f. angew. Mat.-Forschung, Hahn-Meitner-Platz 1, D-14109 Berlin, Germany, E-mail:

Magnus Happach studiert Physik an der Technischen Universität Berlin, Deutschland, und arbeitet zur Zeit an seiner Masterarbeit.

Markus Osenberg studiert Physik an der Technischen Universität Berlin, Deutschland. Zur Zeit arbeitet er an seiner Masterarbeit zum Thema „Synchrotrontomographie an Batteriematerialien“.

Dr.-Ing. André Hilger studierte Physikalische Technik und war nach dem Diplom von 2001–2006 technischer Angestellter am HZB sowie an der Technischen Fachhochschule Berlin, Deutschland. Nach seinem Masterabschluß 2006 war er für die Entwicklung der Neutronentomographie verantwortlich und promovierte dort auf dem Gebiet der „Tomographie mit spinpolarisierten Neutronen“. Seit 2009 arbeitet er an der Weiterentwicklung tomografischer Verfahren mit Neutronen- und Synchrotronstrahlung am HZB.

Dr. rer. nat. Nikolay Kardjilov studierte Physik an der St.-Kliment-Ohridski-Universität Sofia, Bulgarien, von 1990–1996. Im Rahmen seiner Diplomarbeit arbeitete er am Frank Laboratory of Neutron Physics, Joint Institute for Nuclear Research in Dubna, Russia. Dort untersuchte er metastabile Phasen von Wismut in dünnen Schichten bei Prof. Balagurov. Von 1998–2003 promovierte er an der TU München, Deutschland, an der Fakultät für Physik auf dem Gebiet der bildgebenden Verfahren mit Neutronen bei Prof. Gläser und ist seitdem am Helmholtz-Zentrum Berlin als Instrumentverantwortlicher für die Neutronentomographie tätig.

Dipl.-Ing. Frank Wieder studierte von 2005 bis 2009 Werkstoffwissenschaften an der TU Berlin, Deutschland. Im Rahmen seiner Diplomarbeit arbeitete er am Helmholtz-Zentrum Berlin. Dort analysierte er, basierend auf tomografischen Daten, Poren- bzw. Partikelgrößen-Verteilungen von archäologischen Scherben. Seit 2010 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Technischen Universität Berlin.

Dr. rer. nat. Christian Hoch studierte Chemie an der Universität Freiburg, Deutschland. Nach der Promotion 2003 wechselte er zunächst als Post-Doc, dann als wissenschaftlicher Angestellter an das Max-Planck-Institut für Festkörperforschung Stuttgart, Deutschland. Nach einem einjährigen Aufenthalt an der Universität Stuttgart, ist er seit 2002 Habilitand im Bereich Festkörperchemie an der LMU München, Deutschland, wo er an polaren intermetallischen Phasen, subvalenten Alkalimetall-Verbindungen und neuen Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien arbeitet.

Dr. rer. nat. Ingo Manke ist seit 2007 Leiter der Fachgruppe „Bildgebende Verfahren“ am Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB). Er promovierte in Experimentalphysik auf dem Gebiet der Bildgebung mit Rastersonden-Verfahren. Seine aktuellen Forschungsfelder sind Entwicklung von bildgebenden Verfahren basierend auf Röntgenstrahlen, Neutronen und Elektronen sowie deren Anwendungen in der grundlagenorientierten und angewandten Materialforschung.


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Online erschienen: 2015-09-21
Erschienen im Druck: 2015-10-01

© 2014, Carl Hanser Verlag, München

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