Performance and aging analysis of high-power lithium titanate oxide cells for low-voltage vehicle applications

Bank, Thomas; Sauer, Dirk Uwe (Thesis advisor); Jossen, Andreas (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2021)
Buch, Doktorarbeit

In: Aachener Beiträge des ISEA 160
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2021

Kurzfassung

Die Teilelektrifizierung von Fahrzeugen mit konventionellem Verbrennungsmotor ist eine wirksame Methode zur Steigerung der Effizienz und zur Reduktion von CO2-Emissionen. Eine Möglichkeit der sogenannten Mild-Hybridisierung ist die Erweiterung des herkömmlichen 12V-Bordnetzes um eine 48V-Spannungsebene, welche eine 48V Lithium-Ionen-Batterie enthält. Ein vielversprechendes Anodenmaterial für eine solche Batterie ist Lithium-Titanat-Oxid (LTO), welches mehrere herausragende Materialeigenschaften besitzt, darunter eine hohe Leistungsfähigkeit, inhärente Sicherheit und eine ausgezeichnete Lebensdauer. Umfassende wissenschaftliche Studien zu massenproduzierten LTO-basierten Zellen sind rar, so dass wesentliche Informationen zu Leistungs- und Alterungsverhalten, insbesondere mit direktem Anwendungsbezug, fehlen. Ziel dieser Arbeit ist es, ausgehend von der Analyse charakteristischer Fahrzeugbetriebsbedingungen, die Leistungsfähigkeit und das Alterungsverhalten einer LTO-basierten Zelle systematisch zu analysieren und deren Eignung für 48V Mild-Hybrid Fahrzeuge zu bewerten. Die untersuchten LTO-basierten Zellen zeigen auch bei hohen Umgebungstemperaturen und hohen Stromraten eine hervorragende Leistungsfähigkeit und Lebensdauer, mit der sie die fahrzeugrelevanten Lebensdaueranforderungen von 200000 km erfüllen. Das kalendarische Alterungsverhalten ist stark temperatur- und ladezustandsabhängig. Dies lässt sich sowohl auf reversible Kapazitätseffekte, verursacht durch einen geometrischen Elektrodenüberhang, als auch auf irreversible Alterungsmechanismen wie eine (passivierende) Deckschichtbildung und eine Gasbildung zurückführen.

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