// Propagationsuntersuchungen an Li-Ionen-Zellen mit Barrierematerialien

Lithium-Ionen-Batterien für große Reichweiten von Elektrofahrzeugen gehen einher mit einer größeren Packungsdichte der Zellen. Im Batteriemodul können äußere Einflüsse oder ein Fehler in einer einzelnen Zelle zum thermischen Durchgehen (engl. thermal run-away) führen. Dabei wird die Zelle durch interne exotherme Reaktionen zerstört und große Energiemengen freigesetzt. Im Speicher kann dies zu Kettenreaktionen (Propagation) führen, die das gesamte Batteriepack betreffen – i. d. R. werden extrem große Energiemengen mit Brand freigesetzt. In einem Projekt mit dem Joint Research Centre, Directorate for Energy, Transport and Climate der Europäischen Kommission wird experimentell untersucht, wie Test-Prozeduren für die Bewertung der Propagationseigenschaften von Batterien zu gestalten sind. Die Ergebnisse sollen später in die Gesetzgebung zur Ausführung von Batterietests und Qualifizierungen einfließen.

Untersucht wurden Anregungsmethoden, um den thermal runaway von Lithium-Ionen-Zellen verschiedener Bauarten reproduzierbar zu erzeugen. Dabei erwies sich die Anregung durch Mikroheizkörper oder Nagelpenetration (s. Abb.) als geeignet. Die Anregung durch induktiven Wärmeeintrag (berührungsloses Verfahren) erwies sich als interessant, bedarf aber noch einiger Entwicklungsschritte. Folgend ging es um die Anwendbarkeit der Anregungsmethoden für Batteriemodultests, Fehlerfortpflanzung, Emissionsanalysen und zur Quantifizierung. Untersucht wurden 5s1p- sowie 10s2p-Module aus einer Ersatzbatterie eines originalen Elektrofahrzeuges (s. Abb.). Die Zelle ist eine LiC-NMC-Zelle mit einer Kapazität von 40 Ah und einer Energiedichte von ca. 180 Wh/kg. Die Untersuchungen erfolgten zur Stabilität und Reproduzierbarkeit der Tests, zur Beurteilung der Streuung der Ergebnisse unter gleichen Versuchsrandbedingungen, zum Einfluss von thermischen Barrieren zwischen den Zellen sowie zur Verzögerung bzw. Verhinderung der Propagation.