Traditionell werden in der Batterieherstellung als Hülle starre Metallgehäuse aus Stahl oder Aluminium verwendet - mit einem runden Querschnitt bei einer zylindrischen (einer Rund-)Zelle und einem eckigen Querschnitt bei einer prismatischen Zelle. Allerdings besteht auch die Möglichkeit, die elektrochemisch aktiven Schichten in eine flexible kunststoffbeschichtete Aluminiumfolie zu verpacken; diese Bauform wird "Pouch Cell", "Coffee Bag" oder "Soft Pack" genannt, zwei Abbildungen zeigen eine Übersicht und Bewertung aller drei Zellformate. Die Wahl einer bestimmten Zellarchitektur ist also immer abhängig von der Anwendung und dem Gesamtsystem. Bei allen Zelltypen stellen dabei die steigende Energiedichte und die hohe Kapazität in einer Zelle gleichermaßen die aktuellen Grenzen und entsprechende Herausforderungen an die Sicherheit. Man kann als sinnvolle aktuelle technische Grenzen für Zellen im Automobilbereich circa 50 bis 60 Ah pro Zelle und circa 250 Wh/kg nennen. Obwohl im Moment noch eine Koexistenz der drei verschiedenen Zelltypen herrscht, sind bereits eindeutige Tendenzen zu erkennen. Die 18650-Rundzelle verdankt ihren aktuellen Stand in EVs der extrem hohen Energiedichte (bis zu 250 Wh/kg auf Zellebene) und der Massenproduktion in Milliardenstückzahlen. Allerdings ist die 18650-Zelle (circa 3 Ah) im Grunde keine Zelle, die speziell für den Automobilbereich entwickelt wurde, sondern für Powertools und Notebooks. Gerade aufgrund ihrer geringen Kapazität pro Zelle ist sie als zylindrische Zelle so einfach zu fertigen. Für große EV-Speicher sind aber mehrere 1000 Zellen zu verschalten. Insbesondere das thermische Management solcher Zellen im Automobil stellt eine hohe Herausforderung dar. Große Rundzellen (circa 50 Ah) finden keine Verwendung, da diese extrem schwer auszulegen sind (Kühlung, Sicherheit). Dies gilt insbesondere für die Herausführung der Pole auf einer Seite wie auch die Mehrfachkontaktierung der inneren Ableiter, um die Ströme überhaupt tragen zu können. Muss diese Mehrfachkontaktierung erfolgen, ist der Produktionsvorteil dahin, da man nach wenigen Umdrehungen stoppen und die Lagen verschweißen muss. Die Rundzelle wird deshalb nach und nach aus dem Hochleistungsbereich (HEV, PHEV und EV) verdrängt. Prismatische und Pouch-Zellen im Bereich von 50 Ah und darüber gibt es bereits jetzt, es fehlen für die wirtschaftliche Massenproduktion allerdings noch mit der 18650-Zelle vergleichbare Stückzahlen.
Lithium-Ionen-Akkumulatoren. Diskussion der verschiedenen Zellformate
ATZ-Elektronik ; 9 , 6 ; 38-43
2014
6 Seiten, Bilder, Tabellen
Article (Journal)
German
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