DE102021128836A1

DE102021128836A1 - Verfahren und system zur verlängerung der lebensdauer von batteriezellen

Info

Publication number: DE102021128836A1
Application number: DE102021128836.3A
Authority: DE
Inventors: Raimund Koerver; Stefan Sedlmaier
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-11-05
Filing date: 2021-11-05
Publication date: 2023-05-11

Abstract

Verfahren zum Verlängern einer Lebensdauer einer Batteriezelle, wobei die Batteriezelle eine Batteriezelle mit Metallanode ist und an der Anodenseite eine Metallfolie oder ein Material, welches mit einem Metall eine Legierung eingeht oder ein Material, welches als Anwachsfläche für das Metall dienen kann oder ein Material welches als Interkalationsmaterial für das Metall dienen kann aufweist; und wobei das Verfahren umfasst: Ermitteln von Batteriezellengesundheitsdaten, wobei die Batteriezellengesundheitsdaten eine Nutzungsdauer und/oder einen aktiven Indikator des Gesundheitszustandes der Batteriezelle repräsentieren; Ausführen eines Dendritenreduktionsverfahrens basierend auf den Batteriezellengesundheitsdaten umfassend: Laden der Batteriezelle bis zu einem vorbestimmten Ladezustand; Entladen der Batteriezelle mit einer Entladegeschwindigkeit; und Laden der Batteriezelle mit einer Ladegeschwindigkeit, wobei die Entladegeschwindigkeit höher ist als die Ladegeschwindigkeit, so dass Dendriten, die während der Nutzungsdauer in der Batteriezelle gebildete wurden, reduziert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Optimieren einer Lebensdauer einer Batteriezelle und ein Energiespeichersystem.
Batterien mit Lithiummetall, Natriummetall oder Legierungsanoden als negative Elektrode werden als die zukünftige Generation von Batterien angesehen. Durch den Einsatz von Lithiummetall lässt sich beispielsweise die Energiedichte aufgrund der sehr hohen spezifischen Kapazität (3860 mAh/g, vs. 320 mAh/g für Graphit) steigern. Solche Metall-Batterien finden heutzutage ihre Anwendung als nicht wieder aufladbare Primärzellen und vereinzelt im Fall von Lithium-Metall-Batterien als Lithium-Polymer-Akkus. Metall-Batterien gibt es in verschiedenen Ausprägungen, viele davon im Forschungs- und Prototypstadium, die sich in der Wahl des Separators unterscheiden. So gibt es Varianten mit flüssigem Elektrolyt und eine Vielzahl von festen Materialoptionen, sogenannte Fest(körper)elektrolyte. Letztere werden als Feststoffbatterien (englisch: „all-solid-state batteries (ASSB)“) bezeichnet.
Beim Ladeprozess von Lithiummetall-Batterien wird an der negativen Elektrode („Anode“) metallisches Lithium abgeschieden. Dabei kann es bei hohen Laderaten (hohen Stromdichten) zu Dendritenwachstum, dem Wachsen von nadelförmigem Lithium durch den Separator, das zu einem Kurzschluss führen kann, und anderen schädigenden Phänomenen kommen.
Eine Herausforderung beim Ladevorgang von Lithiummetallbatterien besteht im Erreichen einer homogenen Abscheidung des Lithiums. Lithiummetall besitzt jedoch eine hohe chemische Reaktivität und eine inhärente morphologische Instabilität, die sich durch eine inhomogene Lithium-Abscheidung ausdrückt. Hierbei bilden sich sogenannte Lithiumdendriten, welche von der Oberfläche der Anode in Richtung positive Elektrode durch den Elektrolyt wachsen. Diese können einen „Mikro-Kurzschluss“ in der Batteriezelle hervorrufen. Die Entstehung von Lithiumdendriten ist aus vielerlei Gründen problematisch. Die zentralen Probleme sind i) Sicherheitsrisiko auf Grund der Möglichkeit eines internen Kurzschlusses mit anschließendem thermischem Durchgehen (englisch: „Thermal Runaway“) und ii) Lebensdauereinschränkung und Effizienzverlust.
In einem Fahrzeug kann es beispielsweise zur Ausbildung von inhomogenen Lithiumschichten, die in den Separator hineinwachsen, kommen. Dies erhöht ein Sicherheitsrisiko des Fahrzeugs. Auch wenn es zu keinem direkten thermischen Durchgehen kommt, wird durch den Kurzschluss die Lebensdauer der Zelle stark (teilweise abrupt) verkürzt.
Generell führt die morphologische Instabilität von Lithiummetall und seiner Tendenz zur inhomogenen Abscheidung beim wiederholten Lade- und Entladevorgang zu unregelmäßigen Oberflächenstrukturen. Diese unregelmäßigen Lithiumoberflächen können durch Reaktion mit dem Elektrolyt zu irreversiblen Lithium-Reaktionsprodukten, auch als „totes Lithium“ bekannt, führen. Diese können der Zelle Lithium entziehen und somit die Lebenszeit der Zelle verkürzen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Stand der Technik zumindest zu verbessern, insbesondere eine Lebensdauer einer Batteriezelle zu verlängern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, sowie durch ein Energiespeichersystem nach Anspruch 10.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Batteriezelle, die eine Batteriezelle mit Metallanode ist, an der Anodenseite eine Metallfolie oder ein Material auf, welches mit einem Metall eine Legierung eingeht oder ein Material, welches als Anwachsfläche für das Metall dienen kann oder ein Material, welches als Interkalationsmaterial für das Metall dienen kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren: Ermitteln von Batteriezellengesundheitsdaten, wobei die Batteriezellengesundheitsdaten eine Nutzungsdauer und/oder einen aktiven Indikator des Gesundheitszustandes (engl.: State of Health, SOH) der Batteriezelle repräsentieren. Eine Nutzungsdauer kann sich insbesondere auf die Anzahl der Ladezyklen beziehen, die die Batteriezelle bereits durchlaufen hat. Eine Nutzungsdauer kann sich ergänzend oder alternativ auf einen Zeitraum seit der ersten Benutzung der Batteriezelle oder seit der Herstellung der Batteriezelle beziehen. Ein aktiver Indikator kann insbesondere einen Parameter, insbesondere einen elektrischen Parameter der Batteriezelle repräsentieren, insbesondere einen Parameter einer intelligenten Batteriezelle (englisch: „smart cell“).
Ferner umfasst das Verfahren: Ausführen eines Dendritenreduktionsverfahrens basierend auf den Batteriezellengesundheitsdaten. Das Dendritenreduktionsverfahren umfasst das Laden der Batteriezelle bis zu einem vorbestimmten Ladezustand. Ein vorbestimmter Ladezustand kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass eine entladene Batteriezelle auf einen vorbestimmten Ladezustand geladen wird oder eine geladene Batteriezelle auf einen vorbestimmten Ladezustand entladen wird.
Das Dendritenreduktionsverfahren umfasst ferner das Entladen der Batteriezelle mit einer Entladegeschwindigkeit und das Laden der Batteriezelle mit einer Ladegeschwindigkeit. Die Entladegeschwindigkeit ist dabei höher als die Ladegeschwindigkeit. Hierdurch kann ermöglicht werden, dass Dendriten, die während der Nutzungsdauer in der Batteriezelle gebildet wurden, reduziert werden. Insbesondere können dendritische Strukturen durch eine höhere Entladegeschwindigkeit reduziert oder entfernt werden. Die Entladegeschwindigkeit ist insbesondere dazu ausgelegt, Dendriten, die während der Nutzungsdauer der Batteriezelle gebildet wurden, zu reduzieren. Dadurch kann insbesondere eine Lebensdauer der Batteriezelle verlängert werden. Ferner kann dadurch ermöglicht werden, dass ein Kurzschluss der Batteriezelle vor dem Ende der eigentlich ausgelegten Lebensdauer der Batteriezelle durch die Bildung von Dendriten in der Batteriezelle während der Nutzung, verhindert wird, insbesondere damit ein Nutzungsfenster der Batteriezelle erweitert wird.
Eine Entladegeschwindigkeit des Dendritenreduktionsverfahrens kann zu einer Ladegeschwindigkeit des Dendritenreduktionsverfahrens in einem Verhältnis von 3 zu 1 (3:1) sein. Eine Entladegeschwindigkeit des Dendritenreduktionsverfahrens kann zu einer Ladegeschwindigkeit des Dendritenreduktionsverfahrens in einem Verhältnis von 3 zu 1 (3:1), 4 zu 1 (4:1) oder 5 zu 1 (5:1), insbesondere in einem Bereich zwischen 3 zu 1 (3:1) und 50 zu 1 (50:1), 10 zu 1 (10:1) oder 5 zu 1 (5:1) sein. Insbesondere kann eine Entladegeschwindigkeit des Dendritenreduktionsverfahrens 2 C entsprechen, wobei C der C-Koeffizient ist. Eine Ladegeschwindigkeit des Dendritenreduktionsverfahrens kann bei einem Verhältnis der Geschwindigkeiten von 4:1 dann 0,5 C entsprechen. Eine Entladegeschwindigkeit des Dendritenreduktionsverfahrens kann zu einer Ladegeschwindigkeit des Dendritenreduktionsverfahrens in einem Verhältnis von mehr als 3 zu 1 (3:1), insbesondere mehr als 10 zu 1 (10:1) oder (mehr als) 50 zu 1 (50:1), stehen, insbesondere kann eine Entladegeschwindigkeit des Dendritenreduktionsverfahrens 2 C oder mehr entsprechen, insbesondere 3 C, 4 C, 5 C, 6 C, 7 C, 8 C, 9 C oder 10 C. Eine Entladegeschwindigkeit des Dendritenreduktionsverfahrens kann insbesondere 1 C entsprechen oder zwischen 1 C und 10 C liegen. Eine Ladegeschwindigkeit des Dendritenreduktionsverfahrens kann entsprechend dem Verhältnis der Geschwindigkeiten 0,5 C, mehr als 0,5 C oder weniger als 0,5 C sein. Insbesondere kann eine Ladegeschwindigkeit des Dendritenreduktionsverfahrens 1/20 C bis 2 C sein, insbesondere 1/10 C bis 1 C, 1/5 C bis 0,75 C oder 0,4 bis 0,6 C, insbesondere je nach Verhältnis der Ladegeschwindigkeit zur Entladegeschwindigkeit. Durch eine langsame Ladegeschwindigkeit (insbesondere 0,5 C oder weniger) kann insbesondere eine glattere und/oder homogenere Abscheidung des Metalls der Anode erreicht werden. Das Dendritenreduktionsverfahren kann insbesondere einmal oder mehrmals hintereinander ausgeführt werden.
Ein C-Koeffizient, wie hierin verwendet, bezieht insbesondere den Lade- bzw. Entladestrom auf die maximale Kapazität der Batteriezelle. Beispielsweise bedeutet ein Koeffizient von 1C, dass eine Batteriezelle innerhalb einer Stunde (im Wesentlichen) komplett geladen oder entladen ist. Ein C-Koeffizient kleiner als 1 bezieht sich darauf, dass es länger als eine Stunde dauert, die Batteriezelle zu laden oder zu entladen und ein Koeffizient größer als 1, dass es weniger als eine Stunde dauert, die Batteriezelle zu laden oder zu entladen. Anstatt 1C kann beispielsweise auch von einer 1-Stunden-Entladung/Ladung gesprochen werden. Eine 2-Stunden-Entladung/Ladung entspricht demnach 0,5C, eine 10-Stunden-Entladung/Ladung 0,1C.
Die Entladegeschwindigkeit kann insbesondere dazu ausgelegt sein, Dendriten, die während der Nutzungsdauer der Batteriezelle gebildet wurden, zu reduzieren. Hierdurch kann ermöglicht werden, dass die gebildeten Dendriten durch den Entladestrom zerstört, entfernt oder zumindest in ihrer Größe reduziert werden. Vorteilhafterweise kann dadurch ermöglicht werden, dass eine Lebensdauer der Batteriezelle verlängert wird.
Der Begriff „Dendrit“ bzw. „Dendriten“, wie hierin verwendet, kann sich insbesondere auch auf inhomogenen Abscheidungen des Metalls beziehen, insbesondere inhomogene Abscheidungen, die während des Ladevorgangs entstehen können. Das Dendritenreduktionsverfahren kann daher insbesondere ermöglichen, dass inhomogene Abscheidungen des Metalls reduziert werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner das Abschätzen eines Betriebs der Batteriezelle umfassen. Insbesondere kann das Abschätzen anhand durchschnittlicher Betriebshauptzeiten abgeschätzt und/oder mit Hilfe künstlicher Intelligenz ermittelt werden. Das Ausführen des Dendritenreduktionsverfahrens kann hierdurch vorteilhafterweise auf eine Zeit gelegt werden, in der eine baldige Nutzung der Batteriezelle nicht zu erwarten ist, insbesondere dann wenn die Batteriezelle üblicherweise an Ladeinfrastruktur bzw. eine Batteriezell-Ladesystem angeschlossen ist. Insbesondere kann die Batteriezelle in einem (Elektro-)Fahrzeug eingesetzt bzw. umfasst sein. Das Dendritenreduktionsverfahren kann durch das Abschätzen eines Betriebs der Batteriezelle insbesondere dann durchgeführt werden, wenn das Fahrzeug nicht oder erwartungsgemäß nicht (wenigsten für die Dauer des Dendritenreduktionsverfahrens) in Betrieb genommen werden wird oder nicht (wenigsten für die Dauer des Dendritenreduktionsverfahrens) in Betrieb ist.
Gemäß einer Ausführungsform kann eine Kühlung der Batteriezelle während des Dendritenreduktionsverfahrens reduziert werden oder reduziert sein. Alternativ oder ergänzend kann die Batteriezelle während des Dendritenreduktionsverfahrens erwärmt werden oder auf eine vorbestimmte Temperatur gebracht sein. Im Stand der Technik weisen Batteriezellen oder Batterien, die eine oder mehrere Batteriezellen umfassen, meist eine Temperierung auf. Diese Temperierung kann insbesondere gesteuert werden, um beispielsweise die Temperatur der Batteriezelle(n) für einen Betrieb zu optimieren. Für das Dendritenreduktionsverfahren kann diese Temperierung insbesondere so eingestellt werden, dass die Temperatur der Batteriezelle in Bezug auf eine Betriebstemperatur (für das Dendritenreduktionsverfahren) erhöht ist oder erhöht wird. Insbesondere kann die Temperierung in Vorbereitung auf das Dendritenreduktionsverfahren eine Temperatur der Batteriezelle erhöhen (in Bezug auf eine (durchschnittliche) Betriebstemperatur der Batteriezelle) oder die Temperierung kann die Batteriezelle vor oder während des Dendritenreduktionsverfahrens weniger kühlen. Hierdurch kann insbesondere vorteilhafterweise eine Reduktion der Dendriten verbessert werden. Eine höhere Temperatur der Batteriezelle während des Dendritenreduktionsverfahrens beschleunigt, bzw. vereinfacht einen Abbau der während des Betriebs gebildeten Dendriten.
Insbesondere können niedrige Stromraten (< C/3) und/oder erhöhte Temperaturen (insbesondere in Bezug auf eine durchschnittliche Betriebstemperatur oder eine angestrebte Nutzungstemperatur, insbesondere > 50 °C) während des Ladens verwendet werden. Hierdurch kann ermöglicht werden, dass beim Ladevorgang eine möglichst über die Fläche der Anode homogene und flächige Abscheidung erfolgt. Eine Temperierung kann insbesondere während des Entladens eine (normale) Betriebstemperatur der Batteriezelle einstellen. Die Temperatur kann insbesondere während des Entladens des Dendritenreduktionsverfahrens nicht erhöht sein oder werden, bzw. in Bezug auf das Laden wieder erniedrigt sein oder erniedrigt werden. In anderen Worten kann eine Temperierung der Batteriezelle oder der Batterie (die wenigstens eine Batteriezelle umfasst) eine unterschiedliche Temperatur der Batteriezelle zum Laden und Entladen der Batteriezelle während des Dendritenreduktionsverfahrens einstellen. Durch eine Erhöhung der Temperatur im Vergleich zu einer durchschnittlichen Betriebstemperatur kann insbesondere das Lade- und/oder Entladeverhalten der Batteriezelle verbessern.
Gemäß einer Ausführungsform kann während des Dendritenreduktionsverfahrens ein Betriebsfenster der Batteriezelle vergrößert werden. Insbesondere kann das Betriebsfenster der Batteriezelle während des Dendritenreduktionsverfahrens vergrößert sein, insbesondere in Bezug auf einen sonst üblichen Ladungszustand zwischen 10% und 80%. Insbesondere kann das Betriebsfenster der Batteriezelle auf zwischen weniger als 10% und 80%, oder zwischen 10% und mehr als 80% Ladungszustand während des Dendritenreduktionsverfahrens erweitert sein/werden. Das Betriebsfenster der Batteriezelle kann auf weniger als 10% und mehr als 80% Ladungszustand während des Dendritenreduktionsverfahrens erweitert sein. Insbesondere kann eine Entladung der Batteriezelle während des Dendritenreduktionsverfahrens mit der Entladegeschwindigkeit des Dendritenreduktionsverfahrens auf einen Ladungszustand unterhalb von 10% erfolgen und/oder die Batteriezelle mit der Ladegeschwindigkeit des Dendritenreduktionsverfahrens auf mehr als 80% Ladungszustand aufgeladen werden. Insbesondere kann das Betriebsfenster nach unten auf 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder 9% Ladezustand erweitert werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Betriebsfenster nach oben auf 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99 oder 100% Ladezustand erweitert werden. Insbesondere sind auch Kombinationen der Erweiterungen des Betriebsfensters nach oben und unten möglich. Hierdurch kann insbesondere ermöglicht werden, dass das Dendritenreduktionsverfahren effektiver eingesetzt werden kann, insbesondere dass eine Dauer des Dendritenreduktionsverfahrens reduziert werden kann. Insbesondere kann eine vorbestimmte und/oder angestrebte Spannung für einen Entladevorgang und/oder Ladevorgang der Batteriezelle in einen Ladungszustand übersetzt werden und das Betriebsfenster entsprechend verändert werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Innendruck der Batteriezelle während des Dendritenreduktionsverfahrens erhöht werden oder erhöht sein. Insbesondere kann ein Innendruck einer Batterie, die wenigsten eine Batteriezelle umfasst, während des Dendritenreduktionsverfahrens erhöht werden. Hierdurch kann ermöglicht werden, dass das Dendritenreduktionsverfahren effektiver eingesetzt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner umfassen: Wiederholen des Dendritenreduktionsverfahrens, insbesondere bis der aktive Indikator einen vordefinierten Wert repräsentiert. Insbesondere kann der aktive Indikator einen Innenwiderstand und/oder eine Impedanz der Batteriezelle repräsentieren. Ergänzend oder alternativ kann der aktive Indikator eine Ladeeffizienz und/oder eine Selbstentladung repräsentieren. Dadurch kann insbesondere ermöglicht werden, dass das Dendritenreduktionsverfahren so lange wiederholt wird, bis die Batteriezelle durch das Dendritenreduktionsverfahren teilweise oder zumindest im Wesentlichen vollständig regeneriert wurde (in Bezug auf während der Nutzungsdauer gebildete Dendriten). Ein vordefinierter Wert des aktiven Indikators kann insbesondere ein Wert sein, der (erwartungsgemäß) für eine Batteriezelle der entsprechenden Nutzungsdauer erreicht werden kann oder erreichbar ist.
Gemäß einer Ausführungsform kann eine Frequenz des Ausführens des Dendritenreduktionsverfahrens mit der Nutzungsdauer und/oder einer Batteriezellenalter-bedingten Verschlechterung des aktiven Indikators des Gesundheitszustands der Batteriezelle, bezogen auf eine neue Batteriezelle, erhöht werden. Insbesondere kann eine Dendritenbildung je nach Nutzung der Batteriezelle und/oder je nach Erfolg eines vorangegangenen Dendritenreduktionsverfahrens mit steigendem Alter der Batteriezelle zunehmen, bzw. (noch) vorhandene Dendriten können weiter wachsen. Durch eine Erhöhung der (Wiederhol-)Frequenz des Dendritenreduktionsverfahrens kann ermöglicht werden, dass die Lebensdauer der Batteriezelle verlängert wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Energiespeichersystem wenigstens eine Batteriezelle, die eine Batteriezelle mit Metallanode ist und an der Anodenseite eine Metallfolie oder ein Material, welches mit einem Metall eine Legierung eingeht oder ein Material, welches als Anwachsfläche für das Metall dienen kann oder ein Material welches als Interkalationsmaterial für das Metall dienen kann, aufweist. Das Energiespeichersystem ist zur Durchführung eines Verfahrens wie in Ausführungsformen oben beschrieben eingerichtet und/oder weist auf:

Mittel zum Ermitteln von Batteriezellengesundheitsdaten, wobei die Batteriezellengesundheitsdaten eine Nutzungsdauer und/oder einen aktiven Indikator des Gesundheitszustandes der Batteriezelle repräsentieren. Ferner kann das Energiespeichersystem Mittel zum Ausführen eines Dendritenreduktionsverfahrens basierend auf den Batteriezellengesundheitsdaten aufweisen. Weiterhin kann das Energiespeichersystem Mittel zum Laden der Batteriezelle bis zu einem vorbestimmten Ladezustand; Mittel zum Entladen der Batteriezelle mit einer Entladegeschwindigkeit; und Mittel zum Laden der Batteriezelle mit einer Ladegeschwindigkeit aufweisen, wobei die Entladegeschwindigkeit höher ist als die Ladegeschwindigkeit, so dass Dendriten, die während der Nutzungsdauer in der Batteriezelle gebildete wurden, reduziert werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Energiespeichersystem Mittel aufweisen, die zum Temperieren der Batteriezelle während des Dendritenreduktionsverfahrens ausgelegt sind.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Energiespeichersystem Mittel aufweisen, die zum Erhöhen eines Innendrucks in der Batteriezelle und/oder einer Batterie, die wenigstens eine Batteriezelle umfasst, ausgelegt sind.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Energiespeichersystem Mittel aufweisen, die dazu eingerichtet sind, dass das Verhältnis von Entladegeschwindigkeit zu Ladegeschwindigkeit wenigstens 4 zu 1 ist.
Gemäß einer Ausführungsform kann insbesondere ein Fahrzeug, ein Flugzeug, ein Wasserfahrzeug, ein Wetterballon oder ein elektrisch angetriebenes Fluggerät, das senkrecht starten und landen kann (englisch: „electric Vertical Take-Off and Landing aircraft“) (eVTOL) ein Energiespeichersystem nach Ausführungsformen wie hierin beschrieben, umfassen.
Ein System und/oder ein Mittel im Sinne der vorliegenden Erfindung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein, insbesondere wenigstens eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU), Graphikkarte (GPU) oder dergleichen, und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die Verarbeitungseinheit kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper- und/oder andere nicht-flüchtige Medien aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die Verarbeitungseinheit die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit insbesondere das Energiespeichersystem betreiben kann. Insbesondere kann ein Mittel im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Programmiersprache und/oder Programmbibliothek aufweisen, insbesondere sein. Ein Computerprogrammprodukt kann in einer Ausführung ein, insbesondere computerlesbares und/oder nicht-flüchtiges, Speichermedium zum Speichern eines Programms bzw. von Anweisungen bzw. mit einem darauf gespeicherten Programm bzw. darauf gespeicherten Anweisungen aufweisen, insbesondere sein. In einer Ausführung veranlasst ein Ausführen dieses Programms bzw. dieser Anweisungen durch ein System bzw. eine Steuerung, insbesondere einen Computer oder eine Anordnung von mehreren Computern, das System bzw. die Steuerung, insbesondere den bzw. die Computer, und/oder eine Recheneinheit, dazu, ein hier beschriebenes Verfahren bzw. einen oder mehrere seiner Schritte auszuführen, bzw. sind das Programm bzw. die Anweisungen hierzu eingerichtet.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Batteriezelle an der Anodenseite eine Metallfolie oder ein Material, welches mit dem Metall eine Legierung eingeht oder ein Material, welches als Anwachsfläche für das Metall dienen kann oder ein Material welches als Interkalationsmaterial für das Metall dienen kann, aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Batteriezelle einen flüssigen oder festen oder gelartigen Separator aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der feste Separator ein keramischer oder ein polymerbasierter Festkörperelektrolyt ist.
Gemäß einer Ausführungsform kann der keramische Festkörperelektrolyt ein sulfidischer oder ein oxidischer oder ein halogenider Festkörperelektrolyt ist.
Gemäß einer Ausführungsform kann, wenn der Elektrolyt ein polymerbasierter Festkörperelektrolyt ist, dieser ein Polyethylenoxidderivat in Verbindung mit einem lithiumhaltigen Leitsalz, insbesondere Lithiumbis(trifluormethylsulfonyl)amid (LiTFSI), aufweisen oder der Elektrolyt kann ein Gelpolymer sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann, um die Dendritenbildung zu reduzieren ein Ladestrom soweit verringert werden und/oder die Temperatur soweit erhöht werden, dass dem System, insbesondere der Batteriezelle bei der Abscheidung genug Zeit gegeben wird, eine planare Anordnung einzunehmen. Ferner kann zur Verhinderung von Dendriten insbesondere ein externer Druck angelegt werden. Hierdurch kann vorteilhafterweise ermöglicht werden, dass eine Dendritenbildung weiter eingeschränkt und/oder verhindert wird.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner umfassen: Darstellen einer Benachrichtigung für den Nutzer und/oder Betreiber der Batteriezelle oder eines Systems, das die Batteriezelle aufweist, basierend auf den Batteriezellengesundheitsdaten.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner umfassen: Ermitteln einer Eingabe des Nutzers und/oder Betreibers und Ausführen des Dendritenreduktionsverfahrens basierend auf der Eingabe des Nutzers und/oder des Betreibers. Insbesondere kann der Nutzer und/oder Betreiber auswählen, ob ein Dendritenreduktionsverfahrens ausgeführt werden soll, ob das Dendritenreduktionsverfahrens zu einem späteren Zeitpunkt ausgeführt werden soll oder ob das Dendritenreduktionsverfahrens nicht durchgeführt werden soll. Im letzten Fall kann das Verfahren, insbesondere der Verfahrensschritt des Erinnerns des Nutzers und/oder des Betreibers, an die Benachrichtigung basierend auf den Batteriezellengesundheitsdaten (weiter) erinnern, insbesondere so lange, bis der Nutzer und/oder der Betreiber einem Ausführen des Dendritenreduktionsverfahrens zustimmt. Insbesondere kann das Dendritenreduktionsverfahrens vom Nutzer und/oder Betreiber abgewählt werden, wenn sich das System, das die Batteriezelle aufweist, insbesondere in einer Situation befindet, in der ein Dendritenreduktionsverfahrens die Nutzung des Systems für den Nutzer und/oder Betreiber einschränken könnte. Insbesondere kann die (wenigstens eine) Batteriezelle in einem Fahrzeug umfasst sein, insbesondere in einem Elektrofahrzeug. Befindet sich das Fahrzeug insbesondere auf einer längeren Fahrt, für die bei Zwischenstopps nachgeladen werden soll, könnte ein Dendritenreduktionsverfahrens zu Verzögerungen bei der Durchführung der Fahrt führen. Der Nutzer und/oder Betreiber des Fahrzeugs kann dann das Dendritenreduktionsverfahrens auf einen späteren Zeitpunkt verschieben, wenn das Fahrzeug beispielsweise eine geplante längere Standzeit hat, die für das Ausführen des Dendritenreduktionsverfahrens ausreicht. Das Verfahren kann dann insbesondere die Ausführung des Dendritenreduktionsverfahrens zeitlich verzögern, basierend auf der Eingabe des Nutzers und/oder Betreibers.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner dem Nutzer und/oder Betreiber empfehlen, das Dendritenreduktionsverfahrens innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums auszuführen.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner während einer Wartung der Batteriezelle, insbesondere während einer Wartung des Systems, in dem die Batteriezelle insbesondere betrieben wird, vorgenommen werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Anode ein Anodenaktivmaterial aufweisen, das mit Lithium legierbar ist, oder das mit Lithium eine Verbindung eingeht. Das Anodenaktivmaterial kann insbesondere wenigstens eines von amorpher Kohlenstoff, Graphen, Graphit, Lithiummetall, Natriummetall, Gold, Platin, Palladium, Silizium, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Germanium, Silber, Aluminium, Bismut, Zinn, Antimon, Magnesium oder Zink, umfassen, insbesondere als Beschichtung, die zum Anwachsen eines Metalls, insbesondere Lithiummetall, dienen kann.
Die Batteriezelle gemäß einer Ausführungsform kann eine Lithiummetallbatteriezelle sein und kann insbesondere einen flüssigen, einen festen oder einen gelartigen Separator umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Batteriezelle eine Kathode, einen Separator und eine Anode umfassen, wobei der Separator insbesondere eine Flüssigkeit umfassen kann.
Die Batteriezelle kann gemäß einer Ausführungsform eine Kompositkathode, insbesondere eine Kathode mit Kathodenaktivmaterial mit Festelektrolyt A, einen Feststoffseparator, insbesondere einen Feststoffseparator A oder B und eine Anode umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Anodenaktivmaterial amorphen Kohlenstoff umfassen.
Insbesondere kann nach einer Ausführungsform die Anode ein Bindemittel oder eine Bindeschicht aufweisen. Die Bindeschicht oder das Bindemittel kann insbesondere Styrol-Butadien-Kautschuk („styrene-butadien-rubber“ (SBR)), Hydrierter Acrylnitrilbutadien-Kautschuk (HNBR), Polytetrafluorethylen, Polyvinylidenfluorid, Polyethylen oder eine Kombination davon umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform kann amorpher Kohlenstoff mindestens eines von Ofenruß, Flammruß, Spaltruß, Acetylenruß, Ketjenblack, Graphen, oder eine Kombination davon umfassen. Insbesondere kann amorpher Kohlenstoff als Leitadditiv in der Batteriezelle umfasst sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Anodenaktivmaterial, wenn das Anodenaktivmaterial amorphen Kohlenstoff umfasst, einen zweiten Partikel umfassen, wobei der zweite Partikel Platin, Silizium, Silber, Zinn, Zink, oder eine Kombination davon umfasst.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Batteriezelle einen Festelektrolyt aufweisen. Der Festelektrolyt kann ein anorganischer Elektrolyt, insbesondere ein sulfidischer Festelektrolyt sein. Der sulfidische Festelektrolyt kann insbesondere Lithium, und mindestens eines aus Phosphor, Arsen, Silizium, Germanium, Aluminium, und Bor, sowie ein oder mehrere Halogene oder Stickstoff, sowie Schwefel und/oder Selen aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Festelektrolyt mindestens eine von einer Glasphase, einer kristallinen Phase und gemischten Phasen aufweisen. Der Festkörperelektrolyt kann insbesondere (bei einer entsprechenden Zusammensetzung des Festkörperelektrolyts) mindestens zwei unterschiedliche kristallinen Phasen von Li₅B₇S₁₃, Li₃BS₃ und Li₂B₂S₅ aufweisen.
Gemäß Ausführungsformen kann bei einem sulfidischen Festelektrolyt die Anode oder die Kathode ein Elektroden-Additiv aufweisen, insbesondere ein Elektroden-Additiv das ein Lithiumborsulfid umfasst.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Elektrodenmaterial, insbesondere zur Legierung, Zink, Zinn, Magnesium, Silber, Aluminium, Indium, Bismut, Gold oder eine Kombination davon umfassen. Insbesondere kann das Elektrodenmaterial eine Lithiumlegierung von Zink, Zinn, Magnesium, Silber, Aluminium, Indium, Bismut, Gold, Oxide davon, Hydroxide davon, Peroxide davon oder eine Kombination davon, umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Festkörperelektrolyt ein oxidischer Festelektrolyt sein. Insbesondere kann der oxidische Festelektrolyt ein Lithiumlanthan-Zirkoniumoxid (LLZO) aufweisen, insbesondere Li₇La₃Zr₂O₁₂.
Gemäß einer Ausführungsform der Batteriezelle kann der Festkörperelektrolyt ein Halogenid umfassen, insbesondere ein Lithium-Halogenid. Die Halogene können insbesondere Chlor oder Brom sein. Der halogenide Festkörperelektrolyt kann insbesondere auch Erbium umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Separator ein Polymerelektrolyt sein, insbesondere ein Polyethylenoxidderivat, insbesondere in Verbindung mit einem lithiumhaltigen Leitsalz, wie insbesondere Lithiumbis(trifluormethylsulfonyl)amid (LiTFSI).
Gemäß einer Ausführungsform der Batteriezelle kann die Batteriezelle einen Flüssigelektrolyt umfassen, insbesondere einen Flüssigelektrolyt der Lithiumimidsalz mit einer Fluorsulfonylgruppe (FSO₂-Gruppe) beinhaltet. Der Elektrolyt kann ein organisches Lösungsmittel mit einer Lithiumimidsalzkonzentration von mindestens 2 Mol pro Liter des organischen Lösungsmittels sein. Insbesondere kann das Lithiumimidsalz LiN(FSO₂)₂, LiN(FSO₂)(CF₃SO₂), LiN(FSO₂)(C₂F₅SO₂) und eine Kombination von diesen sein oder beinhalten.
Insbesondere kann der Elektrolyt ein zyklisches Carbonat, ausgewählt aus Ethylencarbonat oder Propylencarbonat, deren Derivaten und Kombinationen oder Mischungen von diesen, als das organische Lösungsmittel enthalten sein, oder der Elektrolyt kann ein zyklisches Ether, ausgewählt aus Tetrahydrofuran oder Tetrahydropyran, deren Derivaten und Kombinationen oder Mischungen von diesen, als das organische Lösungsmittel enthalten, oder der Elektrolyt kann ein Glym, ausgewählt aus Dimethoxyethan, Diethoxyethan, Triglym oder Tetraglym, deren Derivaten und Kombinationen oder Mischungen von diesen, als das organische Lösungsmittel enthalten, oder der Elektrolyt kann ein Ether, ausgewählt aus Diethylether oder Methylbutylether, deren Derivaten und Kombinationen und Mischungen von diesen, als das organische Lösungsmittel enthalten.
Gemäß einer Ausführungsform der Batteriezelle kann das aktive Kathodenmaterial, insbesondere bei einem Flüssigelektrolyt, ein geschichtetes oder ein Spinell-OxidMaterial sein, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus LiCoO₂, Li(Ni_1/3Mn_1/3Co_1/3)O₂, Li(Ni_0,8Co_0,15Al_0,15)O₂, LiMn₂O₄, Li(Mn_1,5Ni_0,5)₂O₄ oder deren lithiumreichen Varianten.
Insbesondere kann das Kathodenaktivmaterialien umfassen: Lithium-Kobaltoxid (LCO), Lithium-Nickeloxid (LNO), Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminiumoxid (NCA), Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid (NMC), lithium- und manganreiches Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid bzw. Lithium-Nickel-Manganoxid (LMR), Lithium-Manganoxid (LMO), Lithium-Eisen-Phosphat (LFP), Lithium-Mangan-Eisen-Phosphat (LMFP), Lithium-Nickel-Manganoxid-Spinell (LNMO) und Derivate sowie Kombinationen davon.
Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Verbindungen sind auch unter der Abkürzung NMC bekannt, vereinzelt auch alternativ unter der technischen Abkürzung NCM. NMC-basierte Kathodenmaterialien werden insbesondere in Lithiumionen-Batterien für Fahrzeuge eingesetzt. NMC als Kathodenmaterial kann insbesondere eine vorteilhafte Kombination wünschenswerter Eigenschaften aufweisen, insbesondere eine hohe spezifische Kapazität, einen reduzierten Cobalt-Anteil, eine hohe Hochstromfähigkeit und eine hohe intrinsische Sicherheit, was sich beispielsweise in einer ausreichenden Stabilität bei einer Überladung zeigen kann.
NMC können mit der allgemeinen Formeleinheit LiαNixMnyCozO2 mit x+y+z = 1 beschrieben werden, wobei α die Angabe des stöchiometrischen Anteils an Lithium bezeichnet und insbesondere zwischen 0,8 und 1,15 liegen kann. Bestimmte Stöchiometrien werden in der Literatur als Zahlentripel angegeben, beispielsweise NMC 811, NMC 622, NMC 532 und NMC 111. Das Zahlentripel gibt jeweils den relativen Gehalt von Nickel: Mangan : Cobalt an. Mit anderen Worten ist beispielsweise NMC 811 ein Kathodenmaterial mit der allgemeinen Formeleinheit LiNi0,8Mn0,1Co0,1O2, also mit α = 1. Insbesondere können auch die sogenannten lithium- und manganreichen NMCs oder LMR mit der allgemeinen Formeleinheit Li1+ε(NixMnyCoz)1-εO2 verwendet werden, wobei ε insbesondere zwischen 0,1 und 0,6, bevorzugt zwischen 0,2 und 0,4 liegt. Diese lithiumreichen Schichtoxide sind auch als Overlithitated (Layered) Oxides (OLO) bekannt.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Separator ein Gelpolymer sein, insbesondere ein Gelpolymer, das aus einer Reaktion eines Basispolymers mit einer lonenquelle und einem Elektronenakzeptor hergestellt ist. Ein Basispolymer kann insbesondere wenigstens eines von einem flüssigkristallinen Polymer, einem Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), und einem semikristallinen Polymer, insbesondere mit einer Kristallinität von mehr als 30% aufweisen.
Ein Elektronenakzeptor kann insbesondere Sauerstoff oder ein Dampf sein. Eine lonenquelle kann insbesondere wenigstens eines von LiO₂, Na₂O, MgO, CaO, ZnO, KOH, NaOH, CaCl₂, AlCl₃, MgCl₂, LiTFSI, Lithiumbis(oxalato)borat (LiBOB) oder Kombinationen davon sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Batteriezelle eine Kathode aufweisen, die wenigstens eines von kohlenstoffbeschichtetem Nickel, Nickel, Kupfer, Aluminium, rostfreiem Stahl und Kombinationen davon, umfasst.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Batteriezelle einen Film umfassen, der auf der Anode, insbesondere dem Stromkollektor (englisch: „current collector“) auf der Anodenseite aufgebracht ist. Insbesondere kann der Stromkollektor Kupfer umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform kann eine (Metall-)Anode entweder eine Lithiummetallfolie oder Natriummetallfolie sein, oder ein Material, welches mit Lithium oder Natrium eine Legierung eingeht. Die Anode kann insbesondere ein Material sein, welches als Anwachsfläche für Lithium oder Natrium dienen kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Batteriezelle Schutzschichten umfassen, die insbesondere die Elektroden der Batteriezelle schützen. Schutzschichten können insbesondere kristalline anorganische Partikel und/oder amorphe anorganische Partikel aufweisen. Diese können insbesondere miteinander verschmolzen sein.
Gemäß Ausführungsformen kann die Anode ein Interkalationsmaterial umfassen oder aus einem Interkalationsmaterial bestehen, insbesondere aus Graphit, das dazu geeignet ist, ein Metall der Metallanode einzulagern.
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen einer Batteriezelle lassen sich, soweit möglich, miteinander kombinieren, wobei in einer Batteriezelle zwei oder mehr Ausführungsformen der Batteriezelle kombiniert werden können. Ausführungsformen des Verfahrens sind, soweit möglich, auf das Energiespeichersystem übertragbar und umgekehrt.
Festelektrolyt, Festkörperelektrolyt, Elektrolyt, bzw. (Festkörper-)Separator werden hierin austauschbar verwendet.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
Es zeigen:

1 eine teilweise schematische Darstellung von Ausführungsformen eines Verfahrens zur Verlängerung der Lebensdauer einer Batteriezelle gegenüber dem Stand der Technik; und
2 eine teilweise schematische Darstellung von Ausführungsformen eines Verfahrens zur Verlängerung der Lebensdauer einer Batteriezelle in einem Blockdiagramm.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der 1 und 2 erläutert. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
Insbesondere bei Festkörperakkumulatoren kann es zu Dendritenwachstum während des Betreibens des Akkumulators kommen. Dadurch kann die Lebensdauer des Akkumulators beeinträchtigt werden oder sogar erheblich eingeschränkt werden.
1 zeigt im unteren Teil eine teilweise schematische Darstellung von Ausführungsformen eines Verfahrens 1 zur Verlängerung der Lebensdauer einer Batteriezelle. Im oberen Teil der 1 ist der Stand der Technik 0 repräsentiert, bei dem eine Batteriezelle über ihre Nutzungsdauer bis zum Kurzschluss durch Dendritenbildung dargestellt ist. Der Stand der Technik 0 zeigt dabei beispielhaft ein normales Nutzungsverhalten im Betriebsbereich einer Batteriezelle zwischen 10% und 80% Ladezustand (englisch: „state of charge“ (SOC)). Die sich während der Betriebs- bzw. Nutzungsdauer bildenden Dendriten 6 „wachsen“ von einer Anode 3 der Batteriezelle 8 in Richtung der Kathode 4 der Batteriezelle 8. Insbesondere eine schnelle Aufladung und/oder langsame Entladung der Batteriezelle können zu verstärktem Dendritenwachstum führen. Ist das Dendritenwachstum derart fortgeschritten, dass wenigstens ein Dendrit 6, 7 die Batteriezelle 8 kurzschließt, kann die Batteriezelle 8 nicht weiterverwendet werden und ein (vorzeitiges) Ende der Nutzungsdauer ist erreicht. Ferner kann es in der Batteriezelle 8 zur Bildung von sogenanntem „mossy lithium“ kommen. Insbesondere Dendriten, als auch „mossy lithium“ stellen ein potenzielles Risiko für die Batteriezelle 8 dar, insofern, dass insbesondere eine Nutzungsdauer verkürzt wird oder es zu einem thermischen Durchgehen der Batteriezelle kommt oder zumindest mit höherer Wahrscheinlichkeit kommen kann.
Im Gegensatz dazu kann ein Verfahren nach Ausführungsformen der Erfindung, wie beispielhaft mit 1 im unteren Teil der 1 dargestellt es ermöglichen, dass eine Nutzungsdauer gegenüber dem Stand der Technik verlängert wird. Dazu kann insbesondere, wie im unteren Teil der 1 dargestellt, nach einer vorbestimmten Nutzungsdauer einem Nutzer und/oder Betreiber eines Systems, das die Batteriezelle 8 enthält, vorgeschlagen werden, das Dendritenreduktionsverfahren 2 nach einer der Ausführungsformen durchzuführen, bzw. vom System durchführen zu lassen. Alternativ kann das Verfahren 1 ausgeführt werden, indem insbesondere vom System ein geeigneter Zeitpunkt vorhergesagt wird, um dann das Dendritenreduktionsverfahren 2 auszuführen. Das Verfahren 1 umfasst das Ermitteln 20 von Batteriezellengesundheitsdaten einer Batteriezelle 8, insbesondere wenigstens einer Batteriezelle 8. Insbesondere können die Batteriezellengesundheitsdaten eine Nutzungsdauer der Batteriezelle 8 repräsentieren. Dazu wird die Batteriezelle 8 auf einen definierten Ladezustand, insbesondere einen vorbestimmten Ladezustand, gebracht (beispielsweise aufgeladen).
Vorteilhafterweise kann hierdurch ermöglicht werden, dass die Lebensdauer der Batteriezelle 8 verlängert wird. Da insbesondere viele Anwendungen einen Batteriewechsel oder einen Batteriezellenwechsel nicht zulassen, kann eine effektive Nutzungsdauer für den Nutzer und/oder Betreiber steigen. Hierdurch kann vorteilhafter Weise ermöglicht werden, dass Systeme mit einem Energiespeichersystem nach Ausführungsformen der Erfindung eine längere Nutzungsdauer aufweisen als Systeme ohne ein entsprechendes Energiespeichersystem. Ferner kann ermöglicht werden, dass ein Sicherheitsrisiko in Bezug auf die Batteriezellen 8 oder Systeme, in denen die Batteriezelle 8 umfasst ist, vermindert wird.
In 1 unten ist zusätzlich dargestellt, dass eine Frequenz des Dendritenreduktionsverfahrens 2 mit der Nutzungsdauer erhöht oder erhöht werden kann. Dies ist mit der oberhalb des Zeitstrahls des Verfahrens 1, sich aufweitendem Balken schematisch dargestellt. Oberhalb dieses Balkens ist eine durch das Verfahren 1 hinzugewonnene Nutzungsdauer schematisch dargestellt, insbesondere im Vergleich zur Nutzungsdauer des Stands der Technik 0.
In 2 ist eine teilweise schematische Darstellung von Ausführungsformen eines Verfahrens 1 zur Verlängerung der Lebensdauer einer Batteriezelle in einem Blockdiagramm gezeigt. Dabei stellt 20 das Ermitteln von Batteriezellengesundheitsdaten dar. Mit 22 ist insbesondere das Laden der Batteriezelle bis zu einem vorbestimmten Ladezustand dargestellt. Ferner sind das Entladen der Batteriezelle 24, sowie das Laden der Batteriezelle 26 schematisch gezeigt. Durch die gestrichelte Linie von 26 nach 24 soll insbesondere dargestellt sein, dass das Entladen der Batteriezelle 24, so wie das Laden der Batteriezelle 26 (beliebig oft) wiederholt werden kann. Dabei sind insbesondere 22, 24 und 26 Teil des Dendritenreduktionsverfahrens 2.
Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass die erfindungsgemäßen Arbeitsschritte wie in der im Vorhergehenden beschriebenen Reihenfolge vorgenommen werden können, wie auch in einer anderen Reihenfolge, mit welcher die erfindungsgemäße Lehre umgesetzt werden kann.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist.
Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
Bezugszeichenliste

0: Stand der Technik
1: Verfahren nach Ausführungsformen der Erfindung
2: Dendritenreduktionsverfahren nach Ausführungsformen der Erfindung
3: Anode der Batteriezelle
4: Kathode der Batteriezelle
6: Dendriten
7: Dendriten, die einem Verfahren nach Ausführungsformen der Erfindung ausgesetzt waren/sind
8: Batteriezelle
20: Ermitteln von Batteriezellengesundheitsdaten
22: Laden der Batteriezelle bis zu einem vorbestimmten Ladezustand
24: Entladen der Batteriezelle
26: Laden der Batteriezelle

Claims

Verfahren (1) zum Verlängern einer Lebensdauer einer Batteriezelle (8), wobei die Batteriezelle (8) eine Batteriezelle mit Metallanode ist und an der Anodenseite (3) eine Metallfolie oder ein Material, welches mit dem Metall eine Legierung eingeht oder ein Material, welches als Anwachsfläche für das Metall dienen kann oder ein Material, welches als Interkalationsmaterial für das Metall dienen kann, aufweist; und wobei das Verfahren (1) umfasst: Ermitteln (20) von Batteriezellengesundheitsdaten, wobei die Batteriezellengesundheitsdaten eine Nutzungsdauer und/oder einen aktiven Indikator des Gesundheitszustandes der Batteriezelle (8) repräsentieren; Ausführen eines Dendritenreduktionsverfahrens basierend auf den Batteriezellengesundheitsdaten umfassend: Laden (22) der Batteriezelle (8) bis zu einem vorbestimmten Ladezustand; Entladen (24) der Batteriezelle (8) mit einer Entladegeschwindigkeit; und Laden (26) der Batteriezelle (8) mit einer Ladegeschwindigkeit, wobei die Entladegeschwindigkeit höher ist als die Ladegeschwindigkeit, so dass Dendriten (7), die während der Nutzungsdauer in der Batteriezelle (8) gebildet wurden, reduziert werden.
Verfahren (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühlung der Batteriezelle (8) während des Dendritenreduktionsverfahrens reduziert wird und/oder dass die Batteriezelle (8) während des Dendritenreduktionsverfahrens erwärmt wird.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Dendritenreduktionsverfahrens ein Betriebsfenster der Batteriezelle (8) vergrößert wird.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Entladegeschwindigkeit zu Ladegeschwindigkeit wenigstens 3 zu 1 ist, insbesondere wenigstens 4 zu 1, insbesondere in einem Verhältnis zwischen 3 zu 1 und 50 zu 1.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innendruck der Batteriezelle (8) während des Dendritenreduktionsverfahrens erhöht wird.
Verfahren (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (1) ferner umfasst: Wiederholen des Dendritenreduktionsverfahrens, insbesondere bis der aktive Indikator einen vordefinierten Wert repräsentiert.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Frequenz des Ausführens des Dendritenreduktionsverfahrens mit der Nutzungsdauer und/oder einer Batteriezellenalter-bedingten Verschlechterung des aktiven Indikators des Gesundheitszustands der Batteriezelle (8), bezogen auf eine neue Batteriezelle (8), erhöht wird.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aktive Indikator einen Innenwiderstand der Batteriezelle (8) oder eine Impedanz der Batteriezelle (8) repräsentiert.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aktive Indikator alternativ oder ergänzend eine Effizienz des Ladens und/oder eine Selbstentladungsrate repräsentiert.
Energiespeichersystem zum Verlängern einer Lebensdauer einer Batteriezelle (8), umfassend wenigstens eine Batteriezelle (8), wobei die Batteriezelle eine Batteriezelle mit Metallanode ist und an der Anodenseite (3) eine Metallfolie oder ein Material, welches mit einem Metall eine Legierung eingeht oder ein Material, welches als Anwachsfläche für das Metall dienen kann oder ein Material welches als Interkalationsmaterial für das Metall dienen kann aufweist, wobei das Energiespeichersystem zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist und/oder aufweist: Mittel zum Ermitteln (20) von Batteriezellengesundheitsdaten, wobei die Batteriezellengesundheitsdaten eine Nutzungsdauer und/oder einen aktiven Indikator des Gesundheitszustandes der Batteriezelle repräsentieren; Mittel zum Ausführen eines Dendritenreduktionsverfahrens (2) basierend auf den Batteriezellengesundheitsdaten umfassend: Mittel zum Laden (22) der Batteriezelle (8) bis zu einem vorbestimmten Ladezustand; Mittel zum Entladen (24) der Batteriezelle (8) mit einer Entladegeschwindigkeit; und Mittel zum Laden (26) der Batteriezelle (8) mit einer Ladegeschwindigkeit, wobei die Entladegeschwindigkeit höher ist als die Ladegeschwindigkeit, und wobei das Mittel zum Laden (26) eingerichtet ist eine Ladegeschwindigkeit und das Mittel zum Entladen (24) eingerichtet ist eine Entladegeschwindigkeit bereitzustellen, so dass Dendriten (7), die während der Nutzungsdauer in der Batteriezelle (8) gebildete wurden, reduziert werden.