Prakt. Met. Sonderband 50 (2016) 83 
Großflächige materialographische Préparation prismatischer Li- 
Ionen Zellen (PHEV2) für Energiespeicher 
Pius Schirle, Andreas Kopp, Christian Weisenberger, Andreas Jansche, Florian Trier, Timo 
Bernthaler, Gerhard Schneider 
Hochschule Aalen, Institut für Materialforschung, Aalen, Deutschland 
I Einfiihrung 
Lithium-Ionen-Akkumulatoren (LiB) stehen aufgrund ihrer hohen Energie- und Leistungsdichte im 
Fokus der Elektromobilitit und stationirer Energiespeicher. Im Bereich der ,,Consumer Electronic 
hat sich die Verwendung von LiB als elektrisches Speichermedium bereits bewährt und etabliert. 
Der Einsatz von prismatischen hochkapazitativen LiB in der automobilen Anwendung (PHEV- 
Zellen) erfordert jedoch eine, gegenüber der „Consumer Electronic“, deutliche Steigerung der 
Qualitäts-, Leistungs- und Lebendsaueransprüche. Maßgebliche Funktionseigenschaften und die 
Qualität, besonders die Lebensdauer der LiB hängen stark vom Gefügeaufbau, von 
feingeometrischen Merkmalen und von Fertigungsungénzen wie z.B. Fremdphasen, 
Partikelgrößenunterschiede oder Schichtdickenschwankungen ab. Während der Fertigung von LiB 
kommt es so auf unterschiedlichen Skalen (Materialebene, Mikrostrukturebene und 
Feingeometrieebene) zu Abweichungen von definierten Soll-Vorgaben, sogenannten Defekten. Die 
bisher eingesetzten zerstörungsfreien In-Line Verfahren zur Qualitätsüberwachung, wie Kameras, 
Computertomographie und Lasertriangulation, können diese skalenübergreifenden und 
eigenschaftsrelevanten mikrostrukturellen Veränderungen nur mit  unzureichendem 
Informationsgehalt darstellen. Der feingeometrische Aufbau und die Struktur der 
Elektrodenmaterialien sind nur über mikroskopische Verfahren zu erfassen. Diese Methodik wird 
bisher allerdings kaum angewandt. Diese Veröffentlichung zeigt anhand von großformatigen 
PHEV2-Zellen wie es mit Hilfe der materialographischen Präparation und mikroskopischer 
Analysen möglich ist qualitätsrelevante Merkmale der Elektroden zu ermitteln und die innere 
Zellstruktur im verbauten Zustand zu charakterisieren. Der Einfluss einzelner Prozessparameter auf 
die Qualität von Elektroden und Jelly Roll kann so systematisch untersucht werden. Damit kann ein 
wichtiger methodischer Beitrag geleistet werden, die Einflussgrößen und Wirkmechanismen 
innerhalb der komplexen Fertigungsprozesskette von PHEV2-Zellen besser zu verstehen, 
Fertigungsprozessparameter zu optimieren und Fertigungstoleranzen wissensbasiert ableiten zu 
können. Die in der Elektromobilität verwendete Zellquerschnitte von ca. 150 x 25 mm bei PHEV2- 
Zellen, gegenüber einem gängigen Rundzelldurchmesser von 18 — 26 mm, setzen bei der 
herkömmlichen materialographischen Präparation und der lichtmikroskopischen Bildaufnahme 
neue Maßstäbe. 
2 Grundlagen und Stand der Technik 
Batterien bestehen aus Elektroden, welche durch einen ionenleitenden Elektrolyt miteinander 
verbunden sind. Eine für Ionen permeable Separator-Membran sorgt für die elektrische Trennung 
der positiven Elektrode (Kathode) von der negativen Elektrode (Anode). Die Elektroden bestehen