Name: Het Effect van laden en ontladen van Lithium ijzer fosfaat-graphite cellen bij verschillende temperaturen op degradatie (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-07-18T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 41 s
Description: Ontdek hoe verschillende laad- en ontlaadtemperaturen de degradatie van lithium-ijzerfosfaat-grafiet batterijcellen beïnvloeden. Deze methode helpt onderzoekers de mechanismen van batterijveroudering beter te begrijpen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

De auteurs bedanken Marc Steen en Lois Brett voor hun uitstekende steun herziening van dit manuscript.

Opmerking: Het protocol in dit werk gevolgd wordt uitgelegd in detail in Ruiz et al. 39. een samenvatting van de belangrijke stappen vindt u hieronder.
1. pouch cel voorbereiding en vorming
<ol><li>Fabriceren van cellen van de zak in de indeling B5, met de dimensie van 250 mm x 164 mm met een dikte van ongeveer 4 mm, met kunstmatig grafiet als anode materiaal, lithium ijzerfosfaat (LFP) als kathode materiaal en een 25-µm dik polypropyleen scheidingsteken.</li>
	<li>80 g van elektrolyt gebruiken: 1 M LiPF6 in carbonaat: diethyl Ethyleencarbonaat (2:3 w/w) met 1% vinylene carbonaat. Opmerking: De etui cel fabricage werd uitgevoerd in een semi-automatische industriële pilot lijn bestaande uit de volgende stappen uit: ik) een drijfmest voorbereiding met het volgende actieve materiaal: grafiet voor de anode en de LFP voor de kathode, een bindmiddel, en geleidende additieven in een lab-schaal mixer, ii) een drijfmest coating op de huidige verzamelaars (aluminiumfolie en koper folie, voor de kathode en anode elektroden, respectievelijk), iii) een kalanders voor een geoptimaliseerde elektrode prestaties in termen van, bijvoorbeeld, elektrode dichtheid, porositeit, dikte, elektronische geleidbaarheid en impedantie, gevolgd door iv) het montage-, elektrolyt vullen en afdichten.</li>
	<li>Verrichten van de vorming van de cel. Maak een fietsen protocol met de batterij cycler software met behulp van de volgende stappen uit.<ol>
<li>Gebruik de functie Test bouwen van de batterij cycler software. Klik op het pictogram nieuw bestand (Zie de blauwe pijl in aanvullende bestand 1a).</li>
		<li>Elke regel in de protocol code verwijst naar een parameter van de fietsen (b.v., rest tijd en licht-donkerscheiding spanning) (aanvullende bestand 1b). Vul elke stap zoals vereist voor het uitvoeren van een tweestaps constante stroom-constante spanning (CC-CV) opladen op 0,1 C tot 3.6 V, met een huidige 10-mA-cutoff en een CC kwijting op 0,1 C tot 2.5 V. Na de vorming stap, laad de accu-cellen bij een 30% staat kosteloos (SOC). Klik op de knop Opslaan en een bestandsnaam opgeven.</li>
		<li>Selecteer de cel die moet worden gefietst door te klikken op de bijbehorende kanaal (zie blauwe pijl nr.1 in aanvullende bestand 2). Dat kanaal is gemarkeerd in de kolom "Status" als "geselecteerd". Klik vervolgens op de looppas knoop (zie blauwe pijl nr.2 in aanvullende bestand 2) op de bovenkant van de werkbalk.</li>
		<li>Selecteer het protocol (zie blauwe pijl nr.1 in aanvullende bestand 3), de capaciteit (Ah) van de cel (zie blauwe pijl nr.2 in aanvullende bestand 3) instellen en toewijzen van een kamer (zie blauwe pijl nr.3 in aanvullende bestand 3). Definiëren van een geldige bestandsnaam en klik op de knop start .</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. cel armatuur vóór de elektrochemische test
<ol><li>Plaats van elke cel in de overeenkomstige houders, bestaande uit twee stijve platen (met een breedte en lengte van 300 mm x 300 mm, respectievelijk, en een dikte van 12 mm) gemaakt van polycarbonaat.</li>
	<li>Plaats een thermokoppel in het midden van één van de kanten van elke cel in de houders te controleren van de oppervlaktetemperatuur variaties.</li>
	<li>Plaats de cellen en de armaturen binnen een kamer temperatuur om te controleren de omgevingstemperatuur gedurende het gehele experiment. Plaats twee cellen volgens een identieke protocol in de zelfde kamer temperatuur.</li>
	<li>De cellen via een 4-draads verbinding verbinden met de cycler.</li>
</ol>3. de elektrochemische fietsen
<ol><li>
Mobiele airconditioning
	<ol>
<li>Stel de temperatuur bij 25 ° C in de zaal van het milieu. Laat ten minste 12 uur om een thermische evenwichtsinstelling.</li>
		<li>Drie gratis/laadcycli met behulp van een batterij-cycler uitvoeren<ol>
<li>Een protocol voor de batterij-cycler, volgt 1.3.1 en 1.3.2 te maken. In dit geval passen de protocol stappen aan een CC-CV opladen op 0,1 C (van de nominale capaciteit) tot 3,7 V (de CV fase tot 0,01 C of 1 h), vervolgens CC kwijting op 0,1 C tot en met 2.7 V. gebruik een 30 min rusten tijd na elke fietsen stap.</li>
			<li>Volg stappen 1.3.3 en 1.3.4 voor de selectie van kanaal en protocol.</li>
			<li>Wanneer twee cellen worden geplaatst in de zelfde temperatuur kamer (twee cellen na hetzelfde protocol), selecteer de twee bijbehorende kanalen op hetzelfde moment. Dit garandeert de synchronisatie van de fietsen en de kamer temperatuur voorwaarde voor de twee cellen.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Uitvoeren van een referentie-cyclus (stap 3.2) en gebruik het voor de beoordeling van de initiële capaciteit (Ci) (tabel 1).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Verwijst naar fietsen
	<ol>
<li>De verwijzing fietsen als onderdeel van de cel conditionering (stap 3.1.3) en op gezette tijden uit te voeren (dat wil zeggenvolgende 25 op lange termijn veroudering cycli, zie hieronder).</li>
		<li>Stel de temperatuur van de kamer bij 25 ° C, wanneer testen wordt uitgevoerd bij een verschillende temperatuur en voldoende tijd voor een thermische stabilisatie (< 1 Kh-1).</li>
		<li>Het uitvoeren van twee CC lading/laadcycli met behulp van een batterij-cycler.<ol>
<li>Maak een protocol voor de batterij-cycler met de software, als volgt 1.3.1. en 1.3.2. In dit geval passen de protocol stappen naar een CC opladen-ontladen bij 0.3 C (b.v., IEC 62660-1:2011)13. Na elke stap fietsen, extra tijd gunnen om een thermische stabilisatie (< 1 Kh-1).</li>
			<li>Volg stappen 1.3.3 en 1.3.4 voor de selectie van kanaal en protocol.</li>
			<li>Wanneer twee cellen worden geplaatst in de zelfde temperatuur kamer (twee cellen na hetzelfde protocol), selecteer de twee bijbehorende kanalen op hetzelfde moment. Dit garandeert de synchronisatie van de fietsen en de kamer temperatuur voorwaarde voor de twee cellen.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Op lange termijn (veroudering)
	<ol>
<li>Voeren 100 gratis/laadcycli. Een protocol voor de batterij-cycler met de software, als volgt 1.3.1 en 1.3.2 te maken. In dit geval passen de protocol stappen naar een CC-CV opladen van 1 C tot 3,7 V (CV fase tot 0,1 C of 1 h) en een CC ontladen voor 1 C huidige tot 2.7 V met een constante temperatuur tijdens charge (Tc) en tijdens de kwijting (Td).</li>
		<li>Volg stappen 1.3.3 en 1.3.4 voor de selectie van kanaal en protocol.</li>
		<li>Uitvoering van de op lange termijn veroudering bij verschillende combinaties van temperatuur (10) voor de 100 gratis/laadcycli uit stap 3.3.1, in de temperatuur bereik van-20 ° C tot 30 ° C (Zie de matrijs van de test in tabel 1) ontwikkeld door DOE D-optimalisatie36 (een minimale fout van voorspelling). Als een rusttijd in het test protocol van 30 min na elke laden of lossen van stap wanneer de Tc en Td dezelfde (tests No. 1 en 2, 3 en 4, 9 en 10, 13 en 14, en 19 en 20, tabel 1). Echter wanneer de Tc en Td verschillend zijn (proeven nr. 11 en 12, 5 en 6, 7 en 8, 15 en 16 en 17 en 18, tabel 1), ingesteld een rusttijd totdat de temperatuur stabiel binnen 1 Kh-1.</li>
		<li>Het uitvoeren van een referentie-cyclus na elke set van 25 cycli (zie stap 3.2).</li>
		<li>Herhaal elke test eenmaal op een andere verse cel te beoordelen van de herhaalbaarheid.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Aantasting van het tarief
	<ol>
<li>Beoordelen van het gebruik van de afbraak [capaciteit retentie (CR)] van de cel: i) de laatste cyclus van de verwijzing en de eerste verwijzing cyclus, CRref (zie stap 3.2) en ii) de op lange termijn capaciteit retentie vergelijken met de eerste cyclus, CR op lange termijn (zie stap 3.3) en de volgende vergelijkingen (1 en 2): (1)<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57501/57501eq1.jpg"> (2)<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57501/57501eq2.jpg"><ol>
<li>Gebruik de batterij cycler clientsoftware toegang krijgen tot de gegevens van de fietsen. Eerst, selecteer de sjabloon voor visualisatie (bestand open in aanvullende bestand 4), en selecteer de bestandsnaam die is gedefinieerd in stap 3.1.2 of 3.2.3 eventueel. Opmerking: Aanvullende bestand 5 ziet u een voorbeeld van de fietsen gegevens, met de capaciteit behouden als een functie van het aantal van de cyclus (aanvullende bestand 5, bovenste grafiek) en de variatie van mogelijkheden, en de huidige en de temperatuur als functie van tijd (aanvullende bestand 5, onderste grafiek). Vergelijkingen (1) en (2) kan worden bepaald rechtstreeks uit de percelen met behulp van de softwaremogelijkheden.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Passen de afbraak tarieven (DR) met behulp van CRref en het totaal aantal cycli (dat wil zeggen, de verwijzing cycli en lange cycli) ervan uitgaande dat de DR is afhankelijk van de lading Tc en kwijting Td temperaturen tot de kwadratische termijn en de interactie tussen deze temperaturen als volgt in vergelijking (3): (3)<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/57501/57501eq3.jpg"> Opmerking: Parameters Ai en hun statistische significantie worden bepaald door de montage van een minst-plein en een ANOVA, ervan uitgaande dat de onzekerheid van de meting (err) met een afwijking van de σ volgt een normale verdeling. De laatste moet worden bevestigd van de verdeling van de resterende van de pasvorm.<ol>
<li>Voor dit doel, door een software te gebruiken met de functie 'Fit model'. Selecteer de optie van de Stepwise (blauwe pijl nr.1 in aanvullende bestand 6) en kies de functie Max K-voudige RSquare (blauwe pijl nr.2 in aanvullende bestand 6) en klik op gaan. Dit verdeelt de dataset naar een subset van een gelijkwaardige opleiding en de montage gebeurt afzonderlijk op elke deelverzameling. Selecteer de beste totale waarde van de RSquare om te voorkomen dat overfitting.</li>
			<li>Klik op merk model. Aanvullende bestand 7 toont de resultaten van de montage. Het berekent ook de betekenis (PValue) van elke parameter (eenik). Verwijder de minst significante parameters in de tabel 'Effect Samenvatting'. In dit geval een4 (de kwadratische afhankelijkheid van de temperatuur van de geen kwijting) bleek niet significant. Daarom werd het verwijderd uit verdere analyse. Aanvullende bestand 8 toont de laatste pasvorm met de werkelijke gegevens.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. post-mortem analyse
<ol><li>Demonteren van de cellen. Deze stap binnen een handschoenenkastje (< 5 ppm voor O2 en H2O) uitvoeren om verontreiniging in de lucht te voorkomen. De cellen van de zak met behulp van keramische schaar te knippen. Snijd kleine delen van de anode en kathode elektroden (5 x 5 mm) en bevestig ze op scannende elektronen microscoop (SEM) monster stubs.</li>
	<li>Verontreiniging voorkomen door het plaatsen van de monsterhouder SEM in een verzegelde container en rechtstreeks overdragen naar de monsterkamer SEM door, bijvoorbeeld, het gebruik van een zak van de handschoen aangesloten op de ingang van de kamer die is gevuld met een inert gas.<ol>
<li>Ter beperking van de blootstelling aan de lucht, handhaven een overdruk van inert gas in de zak van de handschoen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Te bestuderen grondig de morfologie van de elektroden voor en na het fietsen, uitvoeren SEM geschikt zijn met behulp van twee detectoren voor de secundaire elektronen: een detector in-lens en een standaard secundaire electron detector. Gebruik als het versnellen van de voedingsspanning bij de detector in-lens en de secundaire electron detector 1 kV en 15 kV, respectievelijk.</li>
	<li>Voor elk monster, wordt gekenmerkt door ten minste vijf verschillende locaties van het monster van oppervlak representatieve SEM microfoto en identificeren van potentiële inhomogeneities van het oppervlak. Voor elke locatie uitvoeren SEM beeldvorming op de volgende vergrotingen: 1 kX, 3 kX 5 kX, 10 kX, 20 kX, 50 kX, 75 kX, 100 kX, 150 kX en 200 kX.</li>
	<li>Het analyseren van de chemische samenstelling van elke elektrode een spectrometer energie dispersieve x-stralen (EDX), met een 80-mm2 silicon drift detector (SDD).<ol>
<li>Gebruik een versnellende spanning van 15 kV en een afstand van 13 mm voor het uitvoeren van de elementaire analyse met behulp van secundaire electron beelden.</li>
		<li>Selecteer voor elk materiaal ten minste vijf verschillende locaties op het oppervlak van het model en analyseren van een minimum van 5 punten voor het genereren van spectra.</li>
		<li>Gebruik verschillende vergrotingen, variërend van 2 kX tot 25 kX, een semi-kwantitatieve analyses uit te voeren en ook beter richten op een specifieke deeltjes of structurele veranderingen. Dientengevolge, voor elk monster, verzamelen een minimum van 25 EDX-spectra te onderzoeken van de elementaire samenstelling.</li>
		<li>Gebruik voordat u de chemische analyse op een bepaalde locatie voor een specimen, koper voor de spectrale kalibratie. Ten slotte, gemiddelde waarden die zijn gemeten op verschillende locaties van elk monster, met betrekking tot de toewijzing van EDX, 2 h van Acquisitietijd gebruikt.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Conte, M., et al. <a target="_blank" href="https://www.yumpu.com/en/document/view/6741426/ageing-testing-procedures-on-lithium-batteries-in-an-international-">Ageing testing procedures on lithium batteries in an international collaboration context.</a> 25th World Battery, Hybrid and Fuel Cell Electric Vehicle Symposium & Exhibition. , November 5 - 8, 2010 (2010).</li>
<li>Barré, A., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775313008185">A review on lithium-ion battery ageing mechanisms and estimations for automotive applications.</a> Journal of Power Sources. 241, 680-689 (2013).</li>
<li>Danzer, M., Liebau, V., Maglia, F. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDanzer%2C+M+%22Aging+of+Lithium-ion+Batteries+for+Electric+Vehicles%22">Aging of Lithium-ion Batteries for Electric Vehicles</a>. , Woodhead Publishing. Amsterdam, The Netherlands. (2015).</li>
<li>International Energy Agency (IEA). <a target="_blank" href="https://refman.energytransitionmodel.com/publications/156">Technology Roadmap. Electric and Plug-in Hybrid Electric Vehicles</a>. , Economic Co-operation and Development Publishing. Paris, France. (2011).</li>
<li>Battery R&D Roadmap 2030. Battery Technology for Vehicle Applications. Eurobat E-Mobility. , Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.eurobat.org/sites/default/files/eurobat_emobility_roadmap_lores_2.pdf">http://www.eurobat.org/sites/default/files/eurobat_emobility_roadmap_lores_2.pdf</a> (2015).</li>
<li>SET Plan Secretariat. European Commission. Issues Paper No. 7 "Become competitive in the global battery sector to drive e-mobility forward". , Available from: 
 <a target="_blank" href="http://setis.ec.europa.eu/system/files/integrated_set-plan/action7_issues_paper.pdf">http://setis.ec.europa.eu/system/files/integrated_set-plan/action7_issues_paper.pdf</a> (2016).</li>
<li>Shi, W., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468616304625">Analysis of thermal aging paths for large-format LiFePO4/graphite battery.</a> Electrochimica Acta. 196, 13-23 (2016).</li>
<li>Wang, J., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775310021269">Cycle-life model for graphite-LiFePO4 cells.</a> Journal of Power Sources. 196 (8), 3942-3948 (2011).</li>
<li>Steffke, K., Inguva, S., Van Cleve, D., Knockeart, J. SAE J1548: accelerated life test methodology for Li-ion batteries in automotive applications. SAE 2013 World Congress & Exhibition. , Detroit, MI (April 16 - 18, 2013) (2013).</li>
<li>Ecker, M., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775312008671">Development of a lifetime prediction model for lithium-ion batteries based on extended accelerated aging test data.</a> Journal of Power Sources. 215, 248-257 (2012).</li>
<li>Ramadass, P., Haran, B., White, R., Popov, B. N. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775302004743">Capacity fade of Sony 18650 cells cycled at elevated temperatures: Part I. Cycling performance.</a> Journal of Power Sources. 112 (2), 606-613 (2002).</li>
<li>Omar, N., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261913007393">Lithium iron phosphate based battery - Assessment of the aging parameters and development of cycle life model.</a> Applied Energy. 113, 1575-1585 (2014).</li>
<li>International Electrotechnical Commission. <a target="_blank" href="https://webstore.iec.ch/publication/7331">Secondary lithium-ion cells for the propulsion of electric road vehicles - Part 1: performance testing</a>. , Geneva, Switzerland. IEC 62660-1 (2011).</li>
<li>International Organization for Standardization. <a target="_blank" href="https://www.iso.org/standard/51414.html">Electrically propelled road vehicles - Test specification for lithium-ion traction battery packs and systems - Part 1: high-power applications</a>. , Geneva, Switzerland. ISO 12405-1 (2011).</li>
<li>International Organization for Standardization. <a target="_blank" href="https://www.iso.org/standard/55854.html">Electrically propelled road vehicles - Test specification for lithium-ion traction battery packs and systems - Part 2: high-energy applications</a>. , Geneva, Switzerland. ISO 12405-2 (2012).</li>
<li>The Engineering Society for Advancing Mobility Land Sea Air and Space International. <a target="_blank" href="https://www.sae.org/standards/content/j2288_199701/">Life Cycle Testing of Electric Vehicle Battery Modules</a>. , Warrendale, PA. SAE J2288 (2008).</li>
<li>The Engineering Society for Advancing Mobility Land Sea Air and Space International. <a target="_blank" href="https://www.sae.org/standards/content/j1798_200807/">Recommended Practice for Performance Rating of Electric Vehicle Battery Modules</a>. , Warrendale, PA. SAE J1798 (2008).</li>
<li>Idaho National Laboratory. <a target="_blank" href="https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc842027/">Battery Calendar Life Estimator Manual: Modeling and Simulation</a>. , Idaho Falls, ID. INL-EXT-08-15136. Rev 1 (2012).</li>
<li>Idaho National Laboratory. <a target="_blank" href="https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc830392/">Battery Technology Life Verification Test Manual Revision 1</a>. , Idaho Falls, ID. INL-EXT-12-27920 (2012).</li>
<li>United States Advanced Battery Consortium LLC. <a target="_blank" href="https://avt.inl.gov/sites/default/files/pdf/battery/usabc_manual_rev2.pdf">USABC Electric Vehicle Battery Test Procedures Manual Revision 2</a>. , Southfield, MI. (1996).</li>
<li>Jalkanen, K., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261915005735">Cycle aging of commercial NMC/graphite pouch cells at different temperatures.</a> Applied Energy. 154, 160-172 (2015).</li>
<li>Ruiz, V., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032117308250">A review of international abuse testing standards and regulations for lithium ion batteries in electric and hybrid electric vehicles.</a> Renewable and Sustainable Energy Reviews. 81, Part I 1427-1452 (2017).</li>
<li>Inaba, M., Tomiyasu, H., Tasaka, A., Jeong, S. -K., Ogumi, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atomic+force+microscopy+study+on+the+stability+of+a+surface+film+formed+on+a+graphite+negative+electrode+at+elevated+temperatures%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Atomic force microscopy study on the stability of a surface film formed on a graphite negative electrode at elevated temperatures.</a> Langmuir. 20 (4), 1348-1355 (2004).</li>
<li>Richard, M. N., Dahn, J. R. <a target="_blank" href="http://jes.ecsdl.org/content/146/6/2068.short">Accelerating rate calorimetry study on the thermal stability of lithium intercalated graphite in electrolyte. I. Experimental.</a> Journal of the Electrochemical Society. 146 (6), 2068-2077 (1999).</li>
<li>Broussely, M., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775305005082">Main aging mechanisms in Li ion batteries.</a> Journal of Power Sources. 146 (1-2), 90-96 (2005).</li>
<li>Burns, J. C., Stevens, D. A., Dahn, J. R. <a target="_blank" href="http://jes.ecsdl.org/content/162/6/A959.full">In-situ detection of lithium plating using high precision coulometry.</a> Journal of the Electrochemical Society. 162 (6), 959-964 (2015).</li>
<li>Fleischhammer, M., Waldmann, T., Bisle, G., Hogg, B. -I., Wohlfahrt-Mehrens, M. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037877531401489X">Interaction of cyclic ageing at high-rate and low temperatures and safety in lithium-ion batteries.</a> Journal of Power Sources. 274, 432-439 (2015).</li>
<li>Vetter, J., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775305000832">Ageing mechanisms in lithium-ion batteries.</a> Journal of Power Sources. 147 (1), 269-281 (2005).</li>
<li>Arora, P., White, R. E., Doyle, M. <a target="_blank" href="http://jes.ecsdl.org/content/145/10/3647.abstract">Capacity fade mechanisms and side reactions in lithium-ion batteries.</a> Journal of the Electrochemical Society. 145 (10), 3647-3667 (1998).</li>
<li>Spotnitz, R., Franklin, J. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775302004883">Abuse behavior of high-power, lithium-ion cells.</a> Journal of Power Sources. 113 (1), 81-100 (2003).</li>
<li>Broussely, M., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775301007224">Aging mechanism in Li ion cells and calendar life predictions.</a> Journal of Power Sources. 97-98, 13-21 (2001).</li>
<li>Niikuni, T., Koshika, K., Kawai, T. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/292084509_Evaluation_of_the_influence_of_JC08-based_cycle_stress_on_batteries_in_plug-in_hybrid_electric_vehicle">Evaluation of the influence of JC08-based cycle stress on batteries in plug-in hybrid electric vehicle.</a> EVS25 (World Battery, Hybrid and Fuel Cell Electric Vehicle Symposium). , Shenzhen, China, November 5 - 9, 2010 (2010).</li>
<li>Betzin, C., Wolfschmidt, H., Luther, M. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S187661021631075X">Long time behavior of LiNi0.80Co0.15Al0.05O2 based lithium-ion cells by small depth of discharge at specific state of charge for primary control reserve in a virtual energy storage plant.</a> Energy Procedia. 99, 235-242 (2016).</li>
<li>Schmalstieg, J., Käbitz, S., Ecker, M., Sauer, D. U. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775314001876">A holistic aging model for Li(NiMnCo)O2 based 18650 lithium-ion batteries.</a> Journal of Power Sources. 257, 325-334 (2014).</li>
<li>Belt, J., Utgikar, V., Bloom, I. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775311016107">Calendar and PHEV cycle life aging of high-energy, lithium-ion cells containing blended spinel and layered-oxide cathodes.</a> Journal of Power Sources. 196 (23), 10213-10221 (2011).</li>
<li>Atkinson, A., Donev, A., Tobias, R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAtkinson%2C+A+%22Optimum+Experimental+Designs%2C+with+SAS%22">Optimum Experimental Designs, with SAS</a>. , Oxford University Press. Oxford, UK. (2007).</li>
<li>Forman, J. C., Moura, S. J., Stein, J. L., Fathy, H. K. <a target="_blank" href="https://ecal.berkeley.edu/pubs/DSCC12-BattOED.pdf">Optimal experimental design for modeling battery degradation.</a> ASME 2012 5th Annual Dynamic Systems and Control Conference Joint with the JSME 2012 11th Motion and Vibration Conference. 1, DSCC 2012-MOVIC 2012 309-318 (2012).</li>
<li>Muenzel, V., De Hoog, J., Brazil, M., Vishwanath, A., Kalyanaraman, S. <a target="_blank" href="https://dl.acm.org/citation.cfm?id=2768532">A multi-factor battery cycle life prediction methodology for optimal battery management.</a> e-Energy 2015 - Proceedings of the 2015 ACM 6th International Conference on Future Energy Systems. , 57-66 (2015).</li>
<li>Ruiz, V., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468617306060">Degradation studies on lithium iron phosphate - graphite cells. The effect of dissimilar charging - discharging temperatures.</a> Electrochimica Acta. 240, This is an open access article under the CC BY license (http://creativeccommons.org/Licenses/by/4.0 495-505 (2017).</li>
<li>Eddahech, A., Briat, O., Vinassa, J. M. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468613020719">Lithium-ion battery performance improvement based on capacity recovery exploitation.</a> Electrochimica Acta. 114, 750-757 (2013).</li>
<li>Zhang, S., Xu, K., Jow, T. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s10008-002-0300-9">Low-temperature performance of Li-ion cells with a LiBF4-based electrolyte.</a> Journal of Solid State Electrochemistry. 7 (3), 147-151 (2003).</li>
<li>Fan, J., Tan, S. <a target="_blank" href="http://jes.ecsdl.org/content/153/6/A1081.short">Studies on charging lithium-ion cells at low temperatures.</a> Journal of the Electrochemical Society. 153 (6), 1081-1092 (2006).</li>
<li>Franco, A. A., Doublet, M. L., Bessler, W. G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFranco%2C+AA+%22Physical+Multiscale+Modeling+and+Numerical+Simulation+of+Electrochemical+Devices+for+Energy+Conversion+and+Storage%22">Physical Multiscale Modeling and Numerical Simulation of Electrochemical Devices for Energy Conversion and Storage</a>. , Springer-Verlag. London, UK. (2016).</li>
<li>Padhi, A. K., Nanjundaswamy, K. S., Goodenough, J. B. <a target="_blank" href="http://jes.ecsdl.org/content/144/4/1188">Phospho-olivines as positive-electrode materials for rechargeable lithium batteries.</a> Journal of the Electrochemical Society. 144 (4), 1188-1194 (1997).</li>
<li>Dubarry, M., Liaw, B. Y. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775309009604">Identify capacity fading mechanism in a commercial LiFePO4 cell.</a> Journal of Power Sources. 194 (1), 541-549 (2009).</li>
<li>Kassem, M., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775312004284">Calendar aging of a graphite/LiFePO4 cell.</a> Journal of Power Sources. 208, 296-305 (2012).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Physical+Multiscale+Modeling+and+Numerical+Simulation+of+Electrochemical+Devices+for+Energy+Conversion+and+Storage%22">Physical Multiscale Modeling and Numerical Simulation of Electrochemical Devices for Energy Conversion and Storage</a>. Franco, A. A., Doublet, M. L., Bessler, W. G. , Springer. London, UK. (2016).</li>
<li>Zheng, Y., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468615300098">Deterioration of lithium iron phosphate/graphite power batteries under high-rate discharge cycling.</a> Electrochimica Acta. 176, 270-279 (2015).</li>
<li>Lu, W., et al. <a target="_blank" href="http://jes.ecsdl.org/content/159/5/A566.abstract">Overcharge effect on morphology and structure of carbon electrodes for lithium-ion batteries.</a> Journal of the Electrochemical Society. 159 (5), 566-570 (2012).</li>
<li>Stark, J. K., Ding, Y., Kohl, P. A. <a target="_blank" href="http://jes.ecsdl.org/content/160/9/D337.short">Nucleation of electrodeposited lithium metal: dendritic growth and the effect of co-deposited sodium.</a> Journal of the Electrochemical Society. 160 (9), 337-342 (2013).</li>
<li>Honbo, H., Takei, K., Ishii, Y., Nishida, T. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775308016856">Electrochemical properties and Li deposition morphologies of surface modified graphite after grinding.</a> Journal of Power Sources. 189 (1), 337-343 (2009).</li>
<li>Bach, T. C., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352152X16300032">Nonlinear aging of cylindrical lithium-ion cells linked to heterogeneous compression.</a> Journal of Energy Storage. 5, 212-223 (2016).</li>
<li>Klett, M., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775314001529">Non-uniform aging of cycled commercial LiFePO4//graphite cylindrical cells revealed by post-mortem analysis.</a> Journal of Power Sources. 257, 126-137 (2014).</li>
<li>Amine, K., Liu, J., Belharouak, I. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1388248105001177">High-temperature storage and cycling of C-LiFePO4/graphite Li-ion cells.</a> Electrochemistry Communications. 7 (7), 669-673 (2005).</li>
<li>Koltypin, M., Aurbach, D., Nazar, L., Ellis, B. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775307012657">More on the performance of LiFePO4 electrodes-The effect of synthesis route, solution composition, aging, and temperature.</a> Journal of Power Sources. 174 (2), 1241-1250 (2007).</li>
</ol>

De auteurs Matteo Destro en Daniela Fontana zijn werknemers van Lithops S.r.l die de batterijcellen die worden gebruikt in dit artikel produceert. De andere auteurs hebben niets te onthullen.

Het gedrag voor fietsen bij (-20 ° C en-20 ° C) (Figuur 1een) kan worden toegeschreven aan (i) kinetische beperkingen tijdens het opladen (een verminderde ion diffusie, een achtergestelde gratis overdracht weerstand op het raakvlak van elektrode/elektrolyt41, een verminderd ion geleidbaarheid, een onbalans van de lading, enz.) en/of (ii) lithium plating wanneer opladen bij lage temperaturen snel wanneer verspreiden kan fietsen op hoge temperaturen42. Wanneer de temperatuur terug tot 25 ° C, de ion-verspreiding is toegenomen en er is een evenwichtsinstelling van de onevenwichtige staat. Dit zou leiden tot een herstel van de capaciteit. Een soortgelijk probleem werd niet gevonden in de literatuur. Voor het soort cellen onderzochte, wordt de combinatie van deze temperatuur niet aanbevolen voor een continu fietsen als gevolg van de snelle capaciteit verval, hoewel er sommige gedeeltelijk herstel van capaciteit na een bepaalde hersteltijd bij kamertemperatuur.
Aan de andere kant, cellen fietste bij (12 ° C en 30 ° C) ongewenst werden getroffen door de onderbreking van de cyclus van de evaluatie van de verwijzing (dit ongetwijfeld verlengt de algehele beproeving tijd) (Figuur 1een). Deze monsters leed aan degradatie sinds het begin van de fietsen en ze meer vatbaar voor aantasting van de extra kon worden wanneer ze te vergelijken met de monsters bij < 12 ° C. fietste
De lange termijn veroudering met Tc = Td toonde een dicht bij de tweede orde polynoom relatie tussen de retentie in de capaciteit en de testen temperatuur (voor het bereik van-5 ° C tot 30 ° C, Figuur 1,b). Omar et al. 12 toonde een soortgelijk gedrag (in het temperatuurbereik van-18 ° C tot 40 ° C). De waarde bij (-20 ° C en-20 ° C) werd niet in aanmerking genomen als haar drastisch af van de algemene trend wijkt. Uit de metingen van de capaciteit voor CRrefblijkt dat het fietsen in het bereik-20 ° C tot 15 ° C weinig aantasting (Figuur 1b toebrengt). Het verschillend gedrag aangetoond door CRref en CRlangdurig kan worden verklaard als ze worden berekend op de tests die worden uitgevoerd op verschillende temperaturen en verschillende C-tarieven. Dus, ze zijn gevoelig voor verschillende processen: onomkeerbaar veroudering (de gevolgen van de degradatie zijn eeuwige)12,43 en omkeerbare veroudering [het gevolg van veroudering kan worden gerestaureerd (bijvoorbeelduitgebreid rest keer)]. Het kan worden beschouwd als dat aan de ene kant, CRref gevoelig voor onomkeerbare degradatie en, anderzijds is, CRop de lange termijn is gevoelig voor zowel omkeerbaar en onomkeerbare aantasting.
Geen kwijting profielen tijdens het langdurig testen blijven vergelijkbare (Figuur 2een); het belangrijkste verschil is > 3 Ah (een daling in de geen kwijting capaciteit)8. Voor de verwijzing fietsen (Figuur 2b), drie plateaus kunnen worden waargenomen in het bereik 3.15-3.30 V, overeenkomt met het spanningsverschil tussen de kathode (3.43 V overeenkomend met de redox koppel Fe3 +zag2 +)44 en de fasen bekomt van de anode45,46. Tijdens het fietsen, is er een verplaatsing tot lagere capaciteitswaarden, als gevolg van de consumptie van cyclable lithium of een materiële achteruitgang als gevolg van veroudering47.
Tijdens het fietsen op een bepaalde Tc, bleek het dat de stabiliteit op lange termijn hoger bij een lagere Td is. Dit is in overeenstemming met de algemene trend die hogere temperaturen tot een hogere degradatie leiden. Dit werd vastgesteld voor de drie paren van combinaties geëvalueerd en weergegeven in figuren 3a - 3 c. Dus, Wielersport op Td = 30 ° C leidt tot een hogere aantasting dan Td =-5 ° C, Tc wordt hetzelfde. Evenzo, Td = 12 ° C is veeleisender dan Td =-10 ° C bij Tc is het dezelfde (12 ° C).
In sommige gevallen de afbraak trend gevonden voor de referentie fietsen is tegengesteld aan die voor de lange termijn fietsen getoond. Dit is het geval voor (30 ° C,-5 ° C) vs. (30 ° C, 30 ° C) en (-10 ° C, 12 ° C) vs. (12 ° C, 12 ° C) fietsen. De referentie-balans toont alleen de onomkeerbare degradatie, overwegende dat de langdurige veroudering wordt beïnvloed door zowel onomkeerbaar en omkeerbare effecten. Naast, 1 C fietsen leidt tot hogere ohms druppels (hoger bij lagere temperaturen). Als het gedrag van cellen onder 30 ° C,-5 ° C getest is in vergelijking met cellen getest bij (-5 ° C en 30 ° C), kan worden geconcludeerd dat in beide gevallen er een vergelijkbare afbraak is [CRop de lange termijn rond 90% (tabel 1)]. De CR-ref toont echter aan dat een lagere degradatie bij (-5 ° C en 30 ° C). Onder deze voorwaarden (d.w.z., een bepaalde Td) betekent een hogere Tc de aantasting van het meer, zoals blijkt uit de figuren 4a en 4b. TC = 30 ° C fietsen degradeert de cellen meer in vergelijking met Tc =-5 ° C (bij Td hetzelfde is). Dit is in overeenstemming met de interpretatie van de gegevens voor andere fietsen voorwaarden eerder besproken.
Als een samenvatting, kan worden geconcludeerd dat fietsen bij (-5 ° C,-5 ° C), (0 ° C,-20 ° C), (5 ° C, 5 ° C), (12 ° C, -10 ° C) en (-20 ° C, 15 ° C) meer dan 100 cycli geleid tot bijna geen afbraak. De monsters getest bij Td -20 ° C bleek = stable (herstel in capaciteit bij 25 ° C, Figuur 4c), het maken van deze monsters geschikt voor sub kamer temperatuurtoepassingen. Dit herstel capaciteit is minder indrukwekkend als Tcverhogen. Het gedrag blijkt uit deze serie proefstukken geeft aan dat er een groot onderdeel van omkeerbare afbraak bij lage temperaturen (kinetische component).
De eerste voorwaarde van het oppervlak van het materiaal van de anode (graphite) is meestal glad (cijfers 6a en 6 d). Na het fietsen, roughens het oppervlak, ook waargenomen door anderen48. De verandering in de morfologie is duidelijker in de bumped zone (cijfers6b en 6 sexies) in vergelijking met het centrale deel van de elektrode (figuren 6 c en 6f). Wanneer de vergroting toeneemt, zijn halfronde deeltjes zichtbaar in de bumped zone (Figuur 6e). Deze structuren hebben een gemiddelde diameter van 35 tot 175 nm en zijn ook waargenomen door anderen49,50,51. In deze studies, zijn ze toegewezen aan de beplating van granulaire metallisch Li deeltjes49,50 waarop de SEI laag50 groeit. Een mogelijke verklaring voor deze platting kan worden toegewezen aan: (i) een zekere mate van prijsverhoging zoals beschreven door Lu et al. 49 (10% overlithiation) of (ii) inhomogene compressie op de electrodes zoals bestudeerd door Bach et al. 52.
Het secundaire elektron SEM toont helder deeltjes verdeeld in een cycled anode (figuur 6i). Deze deeltjes zijn minder zichtbaar in de golfde zone (aanvullende gegevens, figuurS1) en zijn niet zichtbaar in de bult zone (figuur 6 h). EDX onderzoeken deze deeltjes geïdentificeerd als metalen Cu (Zie invoegen in Figuur 6ik en aanvullende gegevens in Figuur S2). Het is mogelijk dat Cu (huidige collector) lost op en slaat neer op de elektrode (bijvoorbeeldhuidige verzamelaar corrosie optreedt als gevolg van de reactiviteit met de elektrolyt en wanneer de anode potentiële ook positieve vs. Li/Li+is) 28. in de bumped zone, sporen van Cu met een concentratie boven de achtergrond signaal zijn ook abserved. Er kan worden gespeculeerd dat de voorwaarden in die zone voor sommige reden, de neerslag van Cu niet doen gunst. Tot slot zijn ook sporen van Fe gemeten. Dit kan worden toegeschreven aan de ontbinding van ijzer van kathode materiaal (LiFePO4), zoals aangegeven door anderen48,53,,54. LiPF6 gebaseerd elektrolyten (HF sporen)55, een evaluatie van de cycled kathode toonde geen wijzigingen ten opzichte van de vers materiaal (aanvullend materiaal, Figuur S3). Verdere zijn experimenten gaande om verder deze kathodematerialen karakteriseren.
De tarieven van de afbraak (DRs) van tabel 1 berekend op basis van CRref werden uitgezet vs. testing temperaturen (laden en ontladen), vervolgens door de minst-vierkant-methode (2D) gemonteerd. Afbeelding 7 toont de oppervlak-montage gegenereerd, waar de punten zijn de gemeten DRs. De dataset was onderverdeeld in leren en verificatie datasets voor de montage. Een polynomiale functie was geselecteerde (Beste R2). De voorwaarden van de rode vertegenwoordigt met lagere DRs en de blauwe vertegenwoordigt voorwaarden met hogere DRs. De resulterende model vergelijking is:
(4)<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/57501/57501eq4.jpg"><img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/57501/57501eq5.jpg">
De statistische significantie van de polynoom coëfficiënten, bevestigd door ANOVA, leidt tot een kwadratische relatie van DR met Tc en een lineaire relatie met Td.
Andere opmerkingen dat kunnen nuttig zijn als geschikte toepassingen moeten worden geselecteerd: wanneer de Tc is rond15 ° C, DR is niet afhankelijk van Td; Wanneer de Tc < 15 ° C, een hogere afbraak gebeurt op een hogere Td; Wanneer de Tc > 15 ° C, een lagere degradatie optreedt bij een hogere Td; de laagste DR correspondeert (Tc -7 ° C, Td = =-20 ° C); correspondeert met de hoogste DR (Tc = 30 ° C, Td =-20 ° C) of (Tc =-20 ° C, Td = 30 ° C).
De resultaten gepresenteerd in dit werk kunnen van belang zijn voor het ontwerp van toekomstige normen en voorschriften ter vertegenwoordiging van meer realistische scenario's zijn. Verdere experimenten met behulp van andere oplossingen nodig zijn om te controleren van de geldigheid van deze conclusies om te vinden van een optimale meetbereik afhankelijk van de toepassing. Extra werk zal het evalueren van de effecten van veroudering van de kalender.

Duurzaamheid is uitgegroeid tot een van de cruciale onderwerpen van belang in lithium-ion batterijen (LIB)1,2,3 onderzoek, gedrag van de veiligheid, prestaties en kosten niet te verwaarlozen. Aantasting van de batterij is vooral een uitdaging voor e-mobiliteit toepassingen zoals een relatief lange levensduur vereist4,5,6 is , in vergelijking met andere toepassingen (bijvoorbeeld, een paar jaar voor consument elektronica). De initiële prestaties van LIBs (bijvoorbeeldop het gebied van capaciteit en weerstand) verslechtert na verloop van tijd als gevolg van elektrochemische en kalender van veroudering. Vele factoren (bijvoorbeeld, elektrode materiaal, omgevingsfactoren, huidige ladingen en licht-donkerscheiding spanningen) kunnen afbraak doorslaggevend. De literatuur geeft temperatuur als een van de belangrijkste factoren die de afbraak van de elektrode actieve materialen en elektrode-elektrolyt kant reacties7. Ondanks de enorme hoeveelheid publicaties in de literatuur behandelt batterij duurzaamheid op verschillende temperaturen1,8,9,10,11, 12, deze studies zijn alleen de specifieke cellen, methoden en instellingen gebruikt. Vandaar, extrapolatie naar andere cellen is niet triviaal, een kwantitatieve vergelijking tussen verschillende onderzoeken moeilijk maken.
Het kan worden verwacht dat de Wielersport op verschillende laden en ontladen enige invloed op het gedrag van de afbraak van de batterij wellicht omdat veel van de processen die achteruitgang veroorzaakt temperatuur afhankelijk zijn. Bovendien, in een aantal toepassingen, verschillende laden en ontladen van temperaturen vertegenwoordigen een meer overtuigende scenario [bv, de batterij van een e-bike in een temperatuur gecontroleerde omgeving (indoor) in rekening gebracht en de e-bike gefietst (d.w.z. , ontladen) bij verschillende temperaturen (buiten); seizoens- en dagelijkse temperatuurschommelingen zijn ervaren in vele toepassingen]. Echter studeren veroudering testresultaten gepubliceerd in de literatuur meestal dezelfde temperatuur voor het laden en ontladen van de stappen. Ook relevante normen13,14,15,16,17 en test methode handleidingen18,19,20 gebruiken dezelfde temperatuur. We vonden in de literatuur één voorbeeld van de Wielersport op verschillende temperaturen (bijvoorbeeld45 ° C, 65 ° C)21 voor de lading en de kwijting. De auteurs van dit werk beschreven een hoger fade in capaciteit op de hogere temperatuur van de kwijting, die werd toegeschreven aan solide elektrolyt interface (SEI) laag groei en lithium plating21. De evaluatie van de aantasting van de batterij onder voorwaarden vertegenwoordiger van realistische scenario's is wenselijk. Toekomstige normen en voorschriften kunnen profiteren van de resultaten gepresenteerd in dit werk voor het testen van lading en kwijting op verschillende temperaturen22.
Als algemene regel, hogere testen temperaturen versnellen afbraak1,11,12, verbeteren van de groei van de SEI11,23,24, en bevordering van de variaties in de SEI 11,23. Aan de andere kant, lage-temperatuur fietsen resulteert in onwaarschijnlijke uitdagingen: plating en dendriet groei worden vergemakkelijkt (langzame lithium-ion diffusie)25,26,27,28. Lithium-metaal kan reageren met het elektrolyt leidt tot een verminderde duurzaamheid verder en verminderde veiligheid graad28,29.
Wang et al. 8 gepubliceerd dat de fade in capaciteit gevolgd een vermogen wet relatie met de gratis doorvoer (temperaturen tussen 15 ° C en 60 ° C). Andere auteurs hebben een vierkantswortel van tijd relatie met fade-in capaciteit10,30,31,32,33,34beschreven. Dit wordt geacht worden te vertegenwoordigen de onomkeerbare capaciteitsverlies toegeschreven aan de groei van SEI30,31 waar actieve lithium wordt geconsumeerd. De aantasting van de capaciteit kan hebben ook een aandeel van lineaire afbraak met tijd33,34,35. Tot slot, sommige simulaties van het fade-in capaciteit bij verschillende temperaturen zijn gevalideerd met experimentele resultaten en de gegevens toonde een exponentiële afhankelijkheid van de afbraak en temperatuur8,10.
In dit werk, het effect van verschillende temperaturen kosteloos en kwijting over het gedrag van de afbraak van lithium ijzerfosfaat (LFP) / grafiet cellen ontworpen voor sub omgevingstemperaturen wordt beschreven. Het aantal mogelijke temperatuur combinaties werd geminimaliseerd met behulp van een ontwerp van experiment (DOE) methode36; een aanpak die algemeen wordt gebruikt in industriële optimalisatie processen. Deze methode was ook toegepast door Forman et al. 37 te bestuderen van de aantasting van de batterij, de minimale voorspelling fout (D-optimale) verstrekken. U kunt ook Muenzel et al. 38 ontwikkeld een meerledige leven voorspellingsmodel hergebruik van gegevens uit Omar et al. 12. de gegevens werd uitgerust, en een afbraak matrix werd verkregen.
In het huidige werk, was de gegevens die zijn verkregen door een niet-lineaire minste vierkante montage (veelterm) waarin eerste-orde interacties tussen temperaturen kosteloos en geen kwijting gemonteerd. Een variantieanalyse (ANOVA) werd gebruikt voor het evalueren van de coëfficiënten en de graad van de polynoom. De methode helpt te begrijpen van het effect van temperaturen en geen kwijting en hun mogelijke wisselwerkingen. Deze informatie kan worden ter ondersteuning van de vorming van toekomstige fit voor doel en realistische protocollen en standaarden.

<table><tbody><tr><td>artificial graphite&nbsp;</td><td>IMERYS</td><td></td><td>D50 ongeveer 6&nbsp;&micro;m. Catalogusnummer kan niet worden vrijgegeven omwille van eigendomsredenen</td></tr><tr><td>lithium iron phosphate</td><td>BASF</td><td></td><td>D50 ongeveer 11&nbsp;&micro;m. Catalogusnummer kan niet worden vrijgegeven omwille van eigendomsredenen</td></tr><tr><td>Cu-folie&nbsp; &nbsp;</td><td>Schlenk</td><td></td><td>16&nbsp;&micro;m dikte. Catalogusnummer kan niet worden vrijgegeven omwille van eigendomsredenen&nbsp;</td></tr><tr><td>Al-folie</td><td>Showa Denko</td><td></td><td>20&nbsp;&micro;m dikte. Catalogusnummer kan niet worden vrijgegeven omwille van eigendomsredenen&nbsp;</td></tr><tr><td>separator&nbsp;</td><td>Celgard</td><td></td><td>separator. Catalogusnummer kan niet worden vrijgegeven omwille van eigendomsredenen</td></tr><tr><td>Maccor cycler</td><td>Maccor</td><td>Maccor Series 4000&nbsp;</td><td>Batterijcycler</td></tr><tr><td>BIA-kamer</td><td>BIA</td><td>BIA MTH 4.46&nbsp;</td><td>omgevingstemperatuurkamers</td></tr><tr><td>SEM</td><td>Carl Zeiss, Duitsland</td><td>ZEISS SUPRA 50</td><td>Scanning Electron Microscope</td></tr><tr><td>EDAX</td><td>Oxford Instruments, UK</td><td>&nbsp;Oxford X-MaxN 80&nbsp;</td><td>Energiedispersief röntgenspectrometer</td></tr><tr><td>SDD</td><td>Oxford Instruments, UK</td><td>AZtec-software</td><td>Driftdetector&nbsp;</td></tr></tbody></table>

het effect van laden en ontladen van lithium ijzer fosfaat-graphite cellen bij verschillende temperaturen op degradatie

The Effect of Charging and Discharging Lithium Iron Phosphate-graphite Cells at Different Temperatures on Degradation

Het effect van laden en ontladen van lithium ijzer fosfaat-graphite cellen bij verschillende temperaturen op hun afbraak wordt systematisch geëvalueerd. De afbraak van de cellen wordt beoordeeld met behulp van 10 laden en ontladen van permutaties van de temperatuur variërend van-20 ° C tot 30 ° C. Hierdoor is een analyse van het effect van kosten en geen kwijting temperaturen op veroudering en hun verenigingen. Een totaal van 100 gratis/laadcycli werden uitgevoerd. Elke 25 cycli een referentie-cyclus werd uitgevoerd ter beoordeling van de aantasting van het omkeerbare en onomkeerbare capaciteit. Een meerledige variantie-analyse werd gebruikt, en de experimentele resultaten werden uitgerust met: i) een kwadratische relatie tussen het percentage afbraak en de temperatuur kosteloos, ii) een lineaire relatie met de temperatuur van de kwijting, en iii) een correlatie tussen de temperatuur kosteloos en geen kwijting. Bleek dat de temperatuur combinatie voor bij + 30 ° C laden en ontladen bij-5 ° C heeft geleid tot het hoogste percentage afbraak. Aan de andere kant, leidde de fietsen in een temperatuurbereik van-20 ° C tot 15 ° C (met verschillende combinaties van temperatuur en geen kwijting), tot een veel lagere degradatie. Bovendien, wanneer de temperatuur in de kamer 15 ° C is, bleek dat het achteruitgang onderlinge op de temperatuur van de geen kwijting is.

Dit artikel beschrijft het effect van ongelijke laden/ontladen temperaturen op de afbraak van lithium ijzer fosfaat-graphite zakje cellen, die gericht zijn op het simuleren dicht bij echte ziektegeval scenario. In totaal worden 10 temperatuur combinaties onderzocht in het bereik van -20 tot 30 ° C om te analyseren het effect van temperatuur op degradatie.

Het Effect van laden en ontladen van Lithium ijzer fosfaat-graphite cellen bij verschillende temperaturen op degradatie

The effect of charging and discharging lithium iron phosphate-graphite cells at different temperatures on their degradation is evaluated systematically. ...

Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van vragen over batterijveroudering. Het variëren van de laad- en lostemperatuur kan invloed hebben op de achteruitgang, omdat veel processen die degradatie veroorzaken temperatuurafhankelijk zijn. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is het testen van verschillende laad- en lostemperaturen, terwijl conventionele testmethoden dezelfde omgevingstemperatuur voor laden en lossen gebruiken.De implicaties van deze techniek strekken zich uit tot het ondersteunen van toekomstige normen en voorschriften met het testen van verschillende laad- en lostemperaturen. Deze methode kan inzicht bieden in degradatiemechanismen bij verschillende temperaturen. Hogere temperatuurcycli verhogen de degradatie en verhogen de groei van de SEI-laag, terwijl lage temperatuurcycli resulteren in lithiumplatering.Voorafgaand aan het experiment, gebruik design of experiment-methoden om de optimale paar laad- en lostemperaturen te identificeren om het aantal benodigde temperatuurcombinaties te minimaliseren. Om het proces te starten, plaatst u twee lithiumijzerfosfaat-grafiet pouch cellen met 30% laadtoestand in stijve, polycarbonaathouders. Plaats de cellen in armaturen in een temperatuurkamer van de batterijcyclus.Plaats een thermokoppel verbonden met de batterijcyclus op het centrum van een zijde van elke cel. Verbind de cellen met de batterijcyclus via een vierdraads verbinding. Stel in de batterijcyclussoftware de temperatuurkamer in op 25 graden Celsius.Laat de cellen 12 uur gelijkmaken. Maak vervolgens een nieuw bestand in de batterijcyclustesteditor voor twee-staps, constante stroom, constante spanning cellacclimatisatie. Vul de veiligheidscriteria van het kanaal in om het cyclussen te stoppen als de batterijcondities de opgegeven limieten overschrijden.Voeg een constante stroom loslaststap toe met een C-snelheid van 0,1 tot 2,7 volt. Volg dit met een rustperiode van 30 minuten. Vervolgens, bij een constante stroom, constante spanning lading op 0,1 C-snelheid tot 3,7 volt met de constante spanningsfase die een uur duurt of totdat de C-snelheid daalt tot 0,01C.En nog een rustperiode van 30 minuten. Sla het acclimatisatieprotocol op wanneer u klaar bent. Maak een nieuw protocol voor referentiecyclus.Stel de kamertemperatuur in op 25 graden Celsius en voeg een wachtperiode toe totdat de temperatuur varieert met minder dan één Kelvin per uur. Voeg twee constante stroom laad-/loscycli toe met laad- en losdrempels van respectievelijk 3,7 volt en 2,7 volt, bij een C-snelheid van 0,3. Volg elke cyclus met een wachtperiode om de temperatuur te laten stabiliseren.Sla het referentiecyclusprotocol op wanneer u klaar bent. Open de acclimatisatiemethode en voeg de referentiecyclus toe aan de acclimatisatie als een sub-routine. Open vervolgens de hoofdbatterijcyclussoftware.Klik op beide kanalen met cellen om te worden getest om de kanalen te selecteren en klik op de knop Uitvoeren. Selecteer het acclimatisatieproces, geef een bestandsnaam op, voer de capaciteit in ampère-uren in en selecteer de temperatuurkamer. Voer het proces uit om de initiële capaciteit te bepalen.Maak een nieuw protocol voor langdurig cyclussen met dezelfde laad- en lostemperaturen. Begin met het instellen van de kamer op de gewenste temperatuur en laat de celtemperatuur gelijkmaken. Stel de methode in om constante stroom, constante spanning lading uit te voeren tot 3,7 volt bij een C-snelheid van één met de constante spanningsfase die een uur duurt of totdat de C-snelheid daalt tot 0,1.Laat de cellen 30 minuten rusten. Voer vervolgens constante stroom loslast uit tot 2,7 volt bij dezelfde C-snelheid en laat de cellen nog eens 30 minuten rusten. Herhaal de laad/loscycli 100 keer.Voeg de referentiecyclus toe als sub-routine na elke 25 cycli. Maak een ander protocol voor langdurig cyclussen met verschillende laad- en lostemperaturen met behulp van dezelfde C-snelheid en spanningsdrempels. Stel de rustfasen na elke cyclusstap in om te wachten tot de celtemperatuur is gestabiliseerd.Herhaal de laad/loscycli 100 keer met referentiecyclus elke 25 cycli. Sla de methode op wanneer u klaar bent. Baseer op deze protocollen langetermijncyclusprotocollen voor de temperatuurcombinaties geïdentificeerd door design of experiment-methoden.Keer vervolgens terug naar het hoofdbatterijcyclusprogramma. Selecteer de kanalen voor de cellen om te worden getest. Selecteer het gewenste langdurige cyclusprogramma.Vul een bestandsnaam in voor de gegevens. Selecteer de temperatuurkamer en start het langdurige cyclussen. Herhaal de test eenmaal op een nieuwe cel om de herhaalbaarheid te beoordelen.Zodra de elektrochemische cyclustests zijn voltooid, opent u een gegevensvisualisatietemplate in de batterijcyclussoftware. Open vervolgens de opgeslagen cyclusgegevens en beoordeel de celdegradatie in de loop van de tijd. Open vervolgens de gegevens in analysesoftware en selecteer een stapsgewijze fit met een max K-fold R-square-functie.Fit de gegevens, evalueer de subsets en selecteer de beste algemene R-kwadraatwaarde om overpassing te voorkomen. Klik vervolgens op Model maken om de aangepaste gegevens te visualiseren. Evalueer de parameters vermeld in de effectensamenvatting en verwijder eventuele parameters die als niet significant worden weergegeven.Bekijk de visuele weergave van de uiteindelijke degradatiesnelheid en pas de weergave-instellingen aan zoals gewenst. Herhaal dit proces voor alle geteste cellen. Breng vervolgens de cellen over naar een inerte, gasgevulde handschoenenkast.Demonteer de cellen en snijd de zakjes open met keramische scharen. Snijd 5 mm bij 5 mm stukken van de anodes en kathodes. Monteer de elektrodestukjes op scanning elektronenmicroscoop monsterstubs bevestigd in een monsterstandaard.Plaats de monsterstandaard in een verzegelde container en verwijder deze via de voorkamer uit de handschoenenkast. Breng de monsterstandaard van de handschoenenkast over naar de SEM-monsterkamer via een handschoenzak gevuld met inert gas bij een positieve druk. Karakteriseren op zijn minst vijf verschillende locaties op het

the-effect-charging-discharging-lithium-iron-phosphate-graphite-cells

Research

JoVE Journal

Chemistry

Scheikunde

Lithium-ion accu's gebruiken ontvlambare en vluchtige organische elektrolyten die geschikt zijn voor de omgevingstemperatuur toepassingen zijn. Een veiliger alternatief voor organische elektrolyten zijn vaste polymeer batterijen. Vaste polymeer batterijen veilig werken bij hoge temperaturen (&gt; 120 ° C), waardoor ze voor toepassingen bij hoge temperatuur, zoals diepe olieboringen en hybride elektrische voertuigen maken. Dit document zal (a) het polymeer synthese, (b) het polymeer geleiding...

Solid-state entcopolymeer Elektrolyten voor Lithium Battery Toepassingen

We beschrijven het ontwerp en de bouw van een elektrochemische cel voor de behandeling van de elektrode materialen met behulp van in situ neutronen poeder diffractie (NPD). We kort ingaan op alternatieve in situ NPD celontwerpen en bespreken methoden voor de analyse van de overeenkomstige in situ NPD data geproduceerd met behulp van deze cel.

In Situ Neutron poederdiffractie behulp Maatwerk Lithium-ion batterijen

Niet-waterige elektrodebewerking is essentieel voor de constructie van muntbatterijen en de evaluatie van nieuwe elektrodechemieën voor lithium-ionbatterijen. Er wordt een stapsgewijze handleiding gegeven voor de basispraktijken die nodig zijn als elektrochemisch ingenieur die in een academische experimentele omgeving met batterijen werkt.

Niet-waterige elektrode Verwerking en constructie van Lithium-ion Coin Cells

Hier beschrijven we protocollen om fosfonium-gebaseerde ionische vloeistof en lithium bis(trifluormethaan)sulfonimide zout elektrolyten te bereiden, en assembleren we een niet-ontvlambare en op hoge temperatuur functionerende lithium-ion muntcelbatterij.

Synthese van ionische vloeistof Based Elektrolyten, Assemblee van Li-ion batterijen, en metingen van de prestaties bij hoge temperatuur

Dit werk is gericht op het bepalen van de reactiekinetiek van Li-ion batterij kathode en anode materialen die thermische runaway (TR) ondergaan. Simultane thermische analyse (STA)/Fourier Transform Infrared (FTIR) spectrometer/GasChromatografie Massaspectrometrie (GC-MS) werden gebruikt om thermische gebeurtenissen te onthullen en geëvolueerde gassen te detecteren.

Identificatie en kwantificering van ontledingsmechanismen in lithium-ionbatterijen; Input to Heat Flow Simulation voor het modelleren van thermal runaway

Hier presenteren we de adaptieve gesimuleerde gloeimethode (ASAM) om een benaderend kwadratisch responsoppervlaktemodel (QRSM) te optimaliseren dat overeenkomt met een stoffig, met deeltjes bedekt batterijwarmtebeheersysteem en om de temperatuurdalingen te compenseren door de combinatie van luchtstroomsnelheden van systeeminlaten aan te passen.

Optimalisatie van een op lucht gebaseerd warmtebeheersysteem voor met stoffige deeltjes bedekte lithium-ionbatterijpakketten

Er wordt een ontwerp gepresenteerd om kosteneffectieve batterijcyclus bij lage temperatuur voor 2032 muntcellen in een omgeving met lage luchtvochtigheid mogelijk te maken. Cellen worden op 0 °C gecycleerd in een kamer die wordt gekoeld door thermo-elektrische modules. Dit eenvoudige ontwerp kan worden aangepast voor experimenten die vergelijkbare thermische en vochtigheidsgecontroleerde omgevingen of verschillende batterijgeometrieën vereisen.

Ontwerp van de Muntcelbatterijkamer voor Low-Temperature Operando Experimenten

Isolatie en karakterisering van het lipide Een domein van lipopolysaccharide (LPS) van gram-negatieve bacteriën geeft inzicht in celoppervlak gebaseerde mechanismen van resistentie tegen antibiotica, bacteriële overleving en fitness, en hoe chemisch diverse lipide Een moleculaire species verschillend moduleren gastheer aangeboren immuunrespons.

Isolatie en chemische karakterisering van Lipid A van Gram-negatieve bacteriën

Synthetische eiwitsequenties gebaseerd op consensusmotieven negeren doorgaans co-evolerende residuen, die interpositionele afhankelijkheden (IPD's) impliceren. IPD's kunnen essentieel zijn voor activiteit, en ontwerpen die ze negeren, kunnen resulteren in suboptimale resultaten. Dit protocol gebruikt StickWRLD om IPD's te identificeren en helpt bij het informeren van rationeel eiwitdesign, wat resulteert in efficiëntere resultaten.

Optimalisatie van synthetische eiwitten: Identificatie van interpositioneel afhankelijkheden Indicating structureel en / of functioneel verbonden Residuen

Dit werk beschrijft de procedures voor de groei en de karakterisering van kristallijn SrTiO 3 rechtstreeks op germaniumsubstraten door atomic layer deposition. De procedure illustreert het vermogen van een all-chemische groeimethode oxiden monolithisch geïntegreerd op halfgeleiders voor metaal-oxide halfgeleiderinrichtingen.

Epitaxiaal Groei van Perovskite Strontiumtitanaat op Germanium via Atomic Layer Deposition

Ontdek hoe verschillende laad- en ontlaadtemperaturen de degradatie van lithium-ijzerfosfaat-grafiet batterijcellen beïnvloeden. Deze methode helpt onderzoekers de mechanismen van batterijveroudering beter te begrijpen.

Het Effect van laden en ontladen van Lithium ijzer fosfaat-graphite cellen bij verschillende temperaturen op degradatie

Meer video's verkennen