Interferometrisch genaue Messung der Zellausdehnung – eine Lösung für ein wachsendes Problem der Elektroauto-Industrie

Lithium-Ionen-Batteriezellen expandieren beim Laden und im Laufe ihrer Lebenszeit. Beim Laden verursachen Lithiumatome eine Ausdehnung der Grafitschichten um 12 % und der Zelle um 40µm bis 1000µm. Nebenreaktionen wie das Wachstum der Solid-Electrolyte-Interface und Lithium-Plating erhöhen die Ausdehnung weiter, was Zellen oder Gehäuse beschädigen kann. Die aktuelle Entwicklung hin zu größere Zellkapazitäten und -dicken sowie Schnellladung verschärfen das Problem. Mechanische Messtaster erfassen Ausdehnung mit 100nm Auflösung, genauere Verfahren sind auf Laborzellen beschränkt. In diesem Vortrag wird eine neuartige interferometrische Messmethode vorgestellt, die eine Auflösung von 10nm ermöglicht, auch beim Betrieb in einer Klimakammer. Die hohe Auflösung wird erreicht durch einen selbstentwickelten Helium-Neon Laser-Intermetermessaufbau mit Kompensation von mechanischen Vibrationen und thermischen Ausdehnungseffekten. Aktuell wird an der Detektion von Lithium-Plating durch Ausdehnungsmessung geforscht. Das Verfahren eignet sich für alle Zellchemien und auch für aktuelle Großzellen, so dass sich zukünftig ein weites Einsatzfeld in der Elektroauto-Industrie ergibt. 70 ferometrie II A. Bielke