L’effet de chargement et déchargement au Lithium fer Phosphate-graphite cellules à différentes températures sur la dégradation des

Cette méthode peut aider à répondre aux questions sur le vieillissement de la batterie. Le cycle d’une charge et d’une température de décharge différentes peut influencer la dégradation, car de nombreux processus à l’origine de la dégradation dépendent de la température. Le principal avantage de cette technique est de tester des températures de charge et de décharge différentes, car la méthode d’essai conventionnelle utilise la même température ambiante pour la charge et la décharge.

Les implications de cette technique s’étendent au soutien des futures normes et réglementations avec des tests de différentes températures de charge et de décharge. Cette méthode peut donner un aperçu des mécanismes de dégradation à différentes températures. Le cyclage à haute température améliore la dégradation et augmente la croissance de la couche SEI, tandis que le cyclage à basse température entraîne un placage au lithium.

Avant l’expérience, utilisez les méthodes de conception d’expérience pour identifier les paires optimales de températures de charge et de décharge afin de minimiser le nombre nécessaire de combinaisons de températures. Pour commencer le processus, placez deux cellules de poche de phosphate de fer lithium-graphite à 30 % de l’état de charge dans des supports rigides en polycarbonate. Placez les cellules des luminaires dans une chambre thermique du cycleur de batterie.

Placez un thermocouple connecté au cycleur de batterie au centre d’un côté de chaque cellule. Connectez les cellules au cycleur de batterie via une connexion à quatre fils. Dans le logiciel du cycleur de batterie, réglez la chambre de température sur 25 degrés Celsius.

Laissez les cellules s’équilibrer pendant 12 heures. Ensuite, créez un nouveau fichier dans l’éditeur de test du cycleur de batterie pour le conditionnement des cellules en deux étapes, à courant constant et à tension constante. Remplissez les critères de sécurité du canal pour arrêter le cycle si l’état de la batterie dépasse les limites spécifiées.

Ajoutez un pas de décharge à courant constant à un taux C de 0,1 à 2,7 volts. Poursuivez avec un repos de 30 minutes. Ensuite, à courant constant, chargez à tension constante de 0,1 C à 3,7 volts avec la phase de tension constante d’une heure ou jusqu’à ce que le taux C tombe à 0,01 C.

Et une autre période de repos de 30 minutes. Enregistrez le protocole de conditionnement lorsque vous avez terminé. Créez un nouveau protocole pour le cyclisme de référence.

Réglez la température de la chambre à 25 degrés Celsius et ajoutez une période d’attente jusqu’à ce que la température varie de moins d’un Kelvin par heure. Ajoutez deux cycles de charge/décharge à courant constant avec des seuils de charge et de décharge de 3,7 volts et 2,7 volts respectivement, à un taux C de 0,3. Faites suivre chaque cycle d’une période d’attente pour permettre à la température de se stabiliser.

Enregistrez le protocole de cyclisme de référence lorsque vous avez terminé. Ouvrez la méthode de conditionnement et ajoutez le cycle de référence au conditionnement en tant que sous-routine. Ensuite, ouvrez le logiciel principal du cycleur de batterie.

Cliquez sur les deux canaux avec les cellules à tester pour sélectionner les canaux et cliquez sur le bouton Exécuter. Sélectionnez le processus de conditionnement, fournissez un nom de fichier, entrez la capacité en ampères-heures et sélectionnez la chambre de température. Exécutez le processus pour déterminer la capacité initiale.

Créez un nouveau protocole pour le cyclage à long terme avec les mêmes températures de charge et de décharge. Commencez par régler la chambre à la température cible et laissez la température de la cellule s’équilibrer. Réglez la méthode pour effectuer une charge à courant constant et à tension constante à 3,7 volts à un taux C de un avec une phase de tension constante d’une heure ou jusqu’à ce que le taux C tombe à 0,1.

Laissez reposer les cellules pendant 30 minutes. Ensuite, effectuez une décharge à courant constant à 2,7 volts au même taux C et reposez les cellules pendant encore 30 minutes. Répétez les cycles de charge/décharge 100 fois.

Ajoutez le cycle de référence en tant que sous-routine tous les 25 cycles. Créez un autre protocole pour le cyclage à long terme avec des températures de charge et de décharge différentes en utilisant le même taux C et les mêmes seuils de tension. Réglez les phases de repos après chaque étape de cycle pour attendre que la température de la cellule se soit stabilisée.

Répétez les cycles de charge/décharge 100 fois avec un cycle de référence tous les 25 cycles. Enregistrez la méthode lorsque vous avez terminé. Sur la base de ces protocoles, créer des protocoles de cyclage à long terme pour les combinaisons de températures identifiées par les méthodes de plan d’expérience.

Ensuite, revenez au programme principal du cycleur de batterie. Sélectionnez les canaux des cellules à tester. Sélectionnez le programme de cyclisme à long terme souhaité.

Remplissez un nom de fichier pour les données. Sélectionnez la chambre thermique et lancez le cycle à long terme. Répétez le test une fois sur une nouvelle cellule pour évaluer la répétabilité.

Une fois les tests de cyclage électrochimique terminés, ouvrez un modèle de visualisation des données dans le logiciel de cyclage de la batterie. Ouvrez ensuite les données de cyclisme enregistrées et évaluez la dégradation des cellules au fil du temps. Ensuite, ouvrez les données dans le logiciel d’analyse et sélectionnez un ajustement par étapes avec une fonction R-carré de pliage K max.

Ajustez les données, évaluez les sous-ensembles et sélectionnez la meilleure valeur globale R carré pour éviter un surajustement. Cliquez ensuite sur Créer un modèle pour visualiser les données ajustées. Évaluez les paramètres répertoriés dans le résumé des effets et supprimez tous les paramètres indiqués comme non significatifs.

Affichez la visualisation finale du taux de dégradation et ajustez les paramètres d’apparence comme vous le souhaitez. Répétez ce processus pour toutes les cellules testées. Ensuite, transférez les cellules dans une boîte à gants inerte remplie de gaz.

Démontez les cellules et ouvrez les sachets avec des ciseaux en céramique. Coupez des morceaux de 5 mm par 5 mm des anodes et des cathodes. Montez les pièces d’électrode sur des talons d’échantillon de microscope électronique à balayage fixés dans un porte-échantillon.

Insérez le porte-échantillon dans un récipient scellé et retirez-le de la boîte à gants par l’antichambre. Transférez le porte-échantillon de la boîte à gants à la chambre d’échantillonnage SEM via un sac à gants rempli de gaz inerte à pression positive. Caractérisez au moins cinq endroits différents à la surface de chaque échantillon afin de cerner les inhomogénéités de surface potentielles.

Lorsqu’il a été cyclé avec les températures de charge et de décharge à 20 degrés Celsius, une diminution spectaculaire de la capacité a été observée dans chaque bloc de 25 cycles, suivie d’une récupération significative pendant le cycle de référence à 25 degrés Celsius. Le cyclage à 12 degrés Celsius ou 30 degrés Celsius a entraîné une décroissance de capacité nettement plus importante que le cycle à 5 degrés Celsius ou 5 degrés Celsius. Lors d’un cycle à une température de charge donnée, une stabilité à long terme plus élevée a été observée à des températures de décharge plus basses.

De même, lors d’un cycle à une température de refoulement donnée, une stabilité à long terme plus élevée était généralement observée à des températures de charge plus basses. Les cellules cyclées avec une température de décharge de 20 degrés Celsius et des températures de charge de 0 ou 15 degrés Celsius ont montré une récupération de capacité modeste après le cycle de référence, avec des baisses de capacité moins importantes sur le cycle à long terme que celles observées avec une température de charge de 20 degrés Celsius. Un modèle a été dérivé des données pour décrire les relations entre les températures de charge et de décharge et les taux de dégradation, permettant d’identifier les températures optimales en fonction de l’application potentielle.

Nous avons eu l’idée de cette méthode pour la première fois lorsque nous avons discuté de la façon dont les variations de température affectent la durabilité d’une batterie. Nous avons analysé les normes d’essai et nous nous sommes rendu compte que les essais sont principalement effectués à la même température ambiante. Cependant, les batteries sont confrontées à des températures qui varient continuellement en raison des changements saisonniers, des variations jour/nuit et des températures de fonctionnement des équipements environnants.

Il peut y avoir un nombre extrêmement important de permutations de température de charge et de décharge dans une plage de température donnée. Par conséquent, nous utilisons un plan d’expériences optimal pour minimiser le nombre de tests nécessaires pour un gain d’information maximal. Cette technique a ouvert la voie au développement de normes de technique de dégradation mieux adaptées à l’usage prévu avec des conditions comparables à l’utilisation dans la vie réelle.

Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de concevoir, tester et analyser les données de cyclage de la batterie et comparer ces données avec d’autres résultats de test et avec une utilisation réelle.