Dem Einfluss von Lithium-Plating auf der Spur

Die Performanz und die Sicherheit der Lithium-Ionen-Batterie (LIB) zu optimieren, sind Ziele der Forschung im MEET Batterieforschungszentrum. Eingeschränkt werden diese Schlüsselparameter unter anderem durch das sogenannte ‚Lithium-Plating‘, bei dem sich während des Ladens der Batterie metallisches Lithium auf der Oberfläche der Anode bildet und ablagert – insbesondere dann, wenn es in großen Mengen auftritt. Es verringert die Lebensdauer und kann im schlimmsten Fall zu einem sicherheitsrelevanten Kurzschluss führen. In der Forschung wenig berücksichtigt wurde bisher, welchen Einfluss ein geringer Anteil an Lithium-Plating auf das Alterungsverhalten der LIB hat. Ein Wissenschaftsteam um die MEET Forscher Dr. Philip Niehoff und Patrick Münster fand nun heraus, dass geringe Mengen Performanz und Sicherheit der Zelle über ihren Lebenszyklus hinweg nicht beeinflussen.

Einfluss von Lithium-Plating variiert je nach Menge

„Die bisherige Forschung, die von großen Mengen an Lithium-Plating ausgeht, greift zu kurz. Denn unter ‚moderaten‘ Nutzungsbedingungen, beispielsweise bei Raumtemperatur und ohne Belastungen durch extreme Ladegeschwindigkeiten, ist Lithium-Plating nicht in großem Ausmaß zu erwarten“ erklärt Dr. Philip Niehoff. Umso wichtiger sei es deshalb, das Lithium-Plating zu quantifizieren. Nach ihrer Formierung hat das Forscherteam deshalb die Zellen und insbesondere die Oberflächenmorphologie mittels hochmoderner mikroskopischer und spektroskopischer Verfahren untersucht. Im ersten Schritt haben die Wissenschaftler dabei die Menge an Lithium-Plating quantifiziert. Im zweiten Schritt haben sie gemessen, inwiefern die Performanz und die Sicherheit der Zelle während ihrer Alterung durch das Lithium-Plating beeinflusst werden.

Festgestellt haben sie dabei, dass geringe Mengen Lithium-Plating die Batteriezelle nicht signifikant beeinträchtigen. Patrick Münster vom MEET Batterieforschungszentrum betont: „Aufbauend auf unseren Ergebnissen werden wir das Phänomen des Lithium-Platings noch weiter untersuchen. Gibt es einen Grenzwert, ab dem negative Effekte auftreten? Und wie stehen Lithium-Plating und andere Alterungsmechanismen in der Lithium-Ionen-Batterie, zum Beispiel das ständige Anwachsen der Solid Electrolyte Interphase (SEI) und der Cathode Electrolyte Interphase (CEI), miteinander in Beziehung?“ Studien, die sich mit diesen und weiteren Fragestellungen beschäftigen, plant das Team des MEETs im nächsten Schritt.

Detaillierte Ergebnisse in Fachmagazin veröffentlicht

Ihre Forschungsergebnisse haben die Wissenschaftler Patrick Münster, Marcel Diehl, Dr. Markus Börner, Dr. Philip Niehoff und Prof. Dr. Martin Winter vom MEET Batterieforschungszentrum sowie Prof. Dr. Michael Ryan Hansen und Joop Enno Frerichs vom Institut für Physikalische Chemie der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster als Open Access Artikel in dem Fachmagazin „Journal of Power Sources“ veröffentlicht.