Experimentelle und simulative Ansätze zur Beschleunigung der Elektrolytbefüllung von Lithium-Ionen-Batterien:
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Essen
Vulkan-Verlag
2023
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| Series: | Schriftenreihe des Instituts für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik der Technischen Universität Braunschweig
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INHALTSVERZEICHNIS
INHALTSVERZEICHNIS
.
III
1
EINLEITUNG
.
1
1.1
DER
PARADIGMENWECHSEL
ZUR
ELEKTROMOBILITAET
.
1
1.2
DIE
HERAUSFORDERUNG
DER
ELEKTROLYTBEFUELLUNG
.
2
2
THEORETISCHE
GRUNDLAGEN
.
4
2.1
GRUNDLAGEN
ZUR
LITHIUM-LONEN-BATTERIE
.
4
2.1.1
FUNKTIONSWEISE
DER
LITHIUM-LONEN-BATTERIE
.
4
2.1.2
GRUNDKOMPONENTEN
DER
LITHIUM-LONEN-BATTERIE
.
7
2.1.3
AUFBAU
UND
FORMATE
VON
LITHIUM-IONEN-BATTERIEN
.
12
2.1.4
DIE
PROZESSKETTE
ZUR
ZELLFERTIGUNG
.
13
2.2
DIE
BENETZUNG VON
FESTKOERPERN
MIT
FLUIDEN
.
15
2.2.1
ALLGEMEINE
GRUNDLAGEN
.
15
2.2.2
DIE
BENETZUNG
IDEALER
OBERFLAECHEN
.
15
2.2.3
DAS
AUFSPREITEN
VON
FLUIDEN
AUF
POROESEN
OBERFLAECHEN
.
17
2.2.4
DIE
PENETRATION
VON
FLUESSIGKEITEN
IN
POROESE
MEDIEN
.
18
3
ERKENNTNISSE
ZUR
ELEKTROLYTBEFUELLUNG
.
20
3.1
BEGRIFFSABGRENZUNGEN
.
20
3.2
DIE
ELEKTROLYTBEFUELLUNG
VON
LITHIUM-IONEN-BATTERIEN
.
23
3.3
TECHNOLOGISCHE
ANSAETZE
ZUR
REDUKTION
DER
PROZESSZEIT
.
29
3.3.1
ANSAETZE
BEIM
EINFUELLPROZESS
.
29
3.3.2
ANSAETZE
BEIM
WETTINGPROZESS
.
31
3.4
DIE
MODELLIERUNG
KAPILLARER
STROEMUNGEN
IN
LITHIUM-IONEN-BATTERIEN
.
35
3.4.1
DIE
MODELLIERUNG
POROESER
MEDIEN
.
35
3.4.2
DIE
IMPULSBILANZ
KAPILLARER
STROEMUNGEN
.
36
3.4.3
KAPILLARE
STROEMUNGEN
IN
LITHIUM-IONEN-BATTERIEN
.
40
3.5
HANDLUNGSBEDARF,
ZIELSTELLUNG
UND
VORGEHENSWEISE
.
46
3.5.1
HANDLUNGSBEDARF
.
46
3.5.2
ZIELSTELLUNGUND
VORGEHENSWEISE
.
48
4
DIE
EINGESETZTEN
MATERIALIEN
UND
IHRE
BEFUELLUNGSRELEVANTEN
EIGENSCHAFTEN
.
50
4.1
GRUNDCHARAKTERISIERUNG
DER
ELEKTROLYTEIGENSCHAFTEN
.
50
4.2
STRUKTURELLE
EIGENSCHAFTEN
DER
ELEKTRODEN
UND
DES
SEPARATORS
.
51
4.2.1
ELEKTRODENSTRUKTUR
.
51
4.2.2
SEPARATORSTRUKTUR
.
51
4.3
BENETZUNGSEIGENSCHAFTEN
VON
ELEKTRODEN
UND
SEPARATOR
.
53
4.3.1
MESSSYSTEM
UND
VERSUCHSDURCHFUEHRUNG
.
53
4.3.2
AUSWERTEMETHODIK
BEIM
WETTING-BALANCE-TEST
.
54
4.3.3
ERGEBNISSE
BEI
DER
BESTIMMUNG
DES
K-WERTS
.
56
5
UNTERSUCHUNGEN
ZUM
KALANDRIEREINFLUSS
AUF
DIE
ELEKTROLYTBEFUELLUNG
VON
LITHIUM
IONEN-BATTERIEN
.
58
5.1
EVALUIERUNG
VON
TECHNOLOGIEN
ZUR
REDUKTION
DER
WETTINGZEIT
.
58
5.2
VERSUCHSDURCHFUEHRUNG
.
62
5.3
ZELLDESIGN,
PROZESSTECHNIK
UND
-ABLAUF
BEI
DER
ZELLFERTIGUNG
.
64
5.3.1
ZELLDESIGN
.
64
5.3.2
PROZESSTECHNIK
UND
-ABLAUF
BEI
DER
MONTAGE
.
64
5.3.3
PROZESSTECHNIK
UND
-ABLAUFBEI
DERELEKTROLYTBEFUELLUNG
.
66
5.4
PROZESSTECHNIK
UND
-ABLAUF
BEIM
KALANDRIEREN
.
69
5.4.1
AUFBAU
DES
KALANDERS
.
69
5.4.2
PROZESSABLAUF
BEI
DER
BESTIMMUNG
DER
ELEKTROLYTMENGE
.
72
5.4.3
PROZESSABLAUF
BEI
DER
ABGRENZUNG
DES
LASTBEREICHS
.
73
5.4.4
PROZESSABLAUF
BEI
DER
UNTERSUCHUNG
DES
KALANDRIEREINFLUSSES
.
75
5.5
ERGEBNISSE
UND
AUSWERTUNG
ZUM
EINFLUSS
DES
KALANDRIERENS
.
76
5.5.1
BESTIMMUNG
DER
OPTIMALEN
ELEKTROLYTMENGE
.
76
5.5.2
ABGRENZUNG
DES
LASTBEREICHS
.
80
5.5.3
UNTERSUCHUNG
DES
KALANDRIEREINFLUSSES
.
83
5.6
ZUSAMMENFASSUNG
.
95
6
EXPERIMENTELLE
UNTERSUCHUNGEN
UND
EINE
SIMULATION
DER
WETTINGFRONT
BEIM
VAKUUMINFUSIONSVERFAHREN
.
96
6.1
DIE
VERSUCHSINFRASTRUKTUR
BEI
DER
VAKUUMINFUSION
.
96
6.1.1
DIE
ENTWICKLUNG
TRANSPARENTER
ZELLEN
.
96
6.1.2
DER
VERSUCHSAUFBAU
BEI
DER
VAKUUMINFUSION
.
102
6.1.3
VERSUCHSDURCHFUEHRUNG
UND
BILDAUSWERTUNG
.
103
6.2
MODELLIERUNG
DER
BENETZUNGSFRONT
.
105
6.2.1
ZIELSETZUNGUND
MODELLANNAHMEN
.
105
6.2.2
DAS
MODELL
FUER
DEN
KAPILLARANSTIEG
IM
ZELLSTAPEL
.
106
6.3
EXPERIMENTELLE
UNTERSUCHUNGEN
ZUM
EVAKUIERDRUCK
UND
EINE
SIMULATION
DER
BENETZUNGSFRONT
.
109
6.3.1
FESTLEGUNG
DER
MODELLPARAMETER
.
109
6.3.2
SIMULATION
UND
VALIDIERUNG
DES
WETTINGPROZESSES
AM
BEISPIEL
DES
EVAKUIERDRUCKS
.
111
6.4
ZUSAMMENFASSUNG
.
115
7
ROENTGENRADIOGRAFIE
ALS
METHODE
ZUR
IN-SITU-VISUALISIERUNG
DES
EINFUELL
UND
WETTINGPROZESSES
.
116
7.1
EVALUIERUNG
VON
IN-SITU-VISUALISIERUNGSMETHODEN
.
116
7.2
PHYSIKALISCHE
GRUNDLAGEN
ZUR
ROENTGENRADIOGRAFIE
.
121
7.3
VERSUCHSAUFBAU
UND
-DURCHFUEHRUNG
.
122
7.4
ERGEBNISSE
DER
IN-SITU-VISUALISIERUNG
DES
BENETZUNGSPROZESSES
.
124
7.5
ZUSAMMENFASSUNG
.
132
8
SCHLUSSBETRACHTUNGEN
.
133
8.1
ZUSAMMENFASSUNG
.
133
8.2
AUSBLICK
.
135
9
QUELLEN
.
VII
10
ABKUERZUNGSVERZEICHNIS
.
XXII
11
VERZEICHNIS
DER
FORMELZEICHEN
.
XXIV
12
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
.
XXV
13
TABELLENVERZEICHNIS
.
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