Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

Эффект зарядки и разрядки железа фосфат графит лития при разных температурах на деградации

Published: July 18, 2018 doi: 10.3791/57501
Automatic Translation
1, 1, 1, 2, 2, 1
1Directorate for Energy, Transport & Climate, Energy Storage Unit, European Commission, Joint Research Centre (JRC), 2Lithops S.r.l

Summary

Эта статья описывает эффект разнородных зарядки/разрядки температур на деградацию клеток литий железа фосфат графит мешочек, направленный на имитации недалеко от реальных сценариев. В общей сложности 10 комбинаций температуры исследуются в диапазоне от -20 до 30 ° C для анализа влияния температуры на деградацию.

Abstract

Систематически оценивается эффект зарядки и разрядки железа фосфат графит лития при разных температурах на их деградации. Ухудшение состояния клетки оценивается с помощью 10 зарядка и разрядка перестановок температуры: от-20 ° C до 30 ° C. Это позволяет анализ влияния температуру заряда и разряда на старение и их объединениями. Были проведены в общей сложности 100 циклов заряда/разряда. Каждые 25 циклов исходного цикла был проведен для оценки потенциала обратимого и необратимого ухудшения. Многофакторный анализ дисперсии была использована, и экспериментальные результаты были установлены показаны: i) Квадратичные связь между скорость деградации и температура заряда, ii) линейную связь с температурой разряда и iii корреляция между температуру заряда и разряда. Было установлено, что сочетание температура для зарядки при + 30 ° C и разрядки-5 ° c привело к высоких темпов деградации. С другой стороны езда на велосипеде в диапазоне температур от-20 ° С до 15 ° C (с различными комбинациями температуру заряда и разряда), привели к гораздо ниже деградации. Кроме того при 15 ° C, температура заряда было установлено, что степень деградации несвязанных на температуру разряда.

Introduction

Долговечность стала одной из ключевых тем, представляющих интерес в литий ионные аккумуляторы (либ.)1,2,3 исследований, не пренебрегая поведение безопасности, производительности и стоимости. Батарея деградации является особенно сложным для e мобильность приложений, как сравнительно долгий срок службы требуется4,5,6 , по сравнению с другими приложениями (например, несколько лет для потребителя электроника). Первоначальный производительности библиотеки (например, с точки зрения потенциала и сопротивления) ухудшается с течением времени из-за электрохимические и выставок старения. Многие факторы (например, материала электрода, экологических условий, токовые нагрузки и отключения напряжения) может быть решающим фактором деградации. Литературе определяет температуру как один из основных факторов, влияющих на деградации электрода активных материалов и электрод электролит побочных реакций7. Несмотря на огромное количество публикаций в литературе, занимающихся долговечность батареи в разных температур1,8,9,10,11, 12, эти исследования представляют только конкретных ячеек, методы и параметры. Следовательно экстраполяция на другие клетки не тривиальная, делая количественное сравнение различных исследований очень трудно.

Можно ожидать, что Велоспорт на разных процесс зарядки и разрядки могут иметь некоторое влияние на поведение деградации батареи, потому что многие из процессов, вызывающих деградацию зависит от температуры. Кроме того, в ряде приложений, другой процесс зарядки и разрядки температуры представляют более убедительные сценарий [например, батарея e велосипед в контролируемой температурой окружающей среды (крытый) и e велосипед циклическое (т.е. , разряженные) при различных температурах (открытый); Температура сезонные и суточные колебания происходят во многих приложениях]. Однако результаты тестирования старения, опубликованные в литературе обычно изучить же температура для зарядки и разрядки шаги. Кроме того соответствующим стандартам13,14,15,16,17 и тестовый метод руководства18,19,20 используют одинаковую температуру. Мы нашли в литературе одним из примеров Велоспорт на разных температурах (например, 45 ° C, 65 ° C)21 для заряда и разряда. Авторы этой работы описаны выше затухание в мощности при высокой температуре разряда, который объясняется рост слой твердого электролита интерфейс (ИУЭ) и литий, покрытие21. Оценка деградации батареи под условия представитель реалистичных сценариев является желательным. Будущие стандарты и правила могут выгоду от результатов, представленных в этой работе на тестирование заряда и разряда на разных температурах22.

Как правило выше тестирования температур ускорения деградации1,11,12, повышения роста SEI11,,2324и содействовать вариации в гоу 11,23. С другой стороны, низкая температура Велоспорт приводит к вряд ли проблемы: обшивка и роста дендритов облегчаются (Диффузия медленно литий ионный)25,26,27,28. Лития может реагировать с электролитом, ведущих к сокращению долговечности и снижение степени безопасности28,29.

Wang et al. 8 опубликован, что исчезать в качестве за власть закона отношения с пропускную способность заряда (температура 15 ° C до 60 ° C). Другие авторы описали квадратный корень времени отношения с исчезать в емкость10,30,,3132,33,34. Это должно представлять необратимым потенциала потери, приписываемых роста SEI30,31 где потребляются активных литий. Деградации потенциала также может иметь долю линейной деградации с время33,34,35. Наконец некоторые симуляции затухания в качестве при различных температурах были проверены с экспериментальные результаты и данные показали экспоненциальная зависимость от деградации и температуры8,10.

В этом работы, эффект различных температур заряда и разряда на поведение деградации фосфат железа лития (LFP) / графит клетки, предназначенные для югу температуре описан. Количество комбинаций возможных температуры было сведено к минимуму с помощью конструкции эксперимент (DOE) метод36; подход, используемый обычно в оптимизации промышленных процессов. Этот метод также применяется Форман и др. 37 для изучения деградации батареи, обеспечивая минимальный прогноз ошибка (D-оптимальный). Кроме того, Muenzel и др. 38 развитых жизни многофакторная модель прогнозирования, повторное использование данных из Омара et al. 12. данные были установлены, и было получено деградации матрицы.

В текущей работе полученных данных был установлен путем нелинейной наименее квадратных монтажа (многочлен), который включает первого порядка взаимодействия между температуру заряда и разряда. Дисперсионный анализ (ANOVA) был использован для оценки коэффициентов и степень полинома. Этот метод помогает понять влияние температуры заряда и разряда и их возможные взаимодействия. Эта информация может иметь отношение к поддержать создание будущего подходят для цели и реалистичные протоколов и стандартов.

Protocol

Примечание: Протокол, в этой работе подробно в Ruiz et al. 39. ниже приводится резюме важных шагов.

1. сумка подготовка клетки и формирования

  1. Изготовить мешочек клеток в формат B5, имея размер 250 x 164 мм толщиной около 4 мм, с искусственным графитом как материал анода, фосфат железа лития (LFP) как материала катода и разделитель полипропиленовые толщиной 25 мкм.
  2. Используйте 80 g электролита: 1 M LiPF6 в этилен карбонат: диэтиловый карбонат (2:3 w/w) содержащие карбонат винилена 1%.
    Примечание: Изготовление мешочек клеток была исполнена в полуавтоматических промышленных пилотной линии, состоящие из следующих шагов: я) суспензии препарат, содержащий следующие активный материал: Графит анод и LFP для катода, вяжущее и проводящие добавки в лаборатории шкала смеситель, ii) покрытия пульпы на Токосьемники (фольги алюминиевой и медной фольги, для катода и анода электродов, соответственно), iii) Каландры для оптимизированного электрода производительность по, например, электрод плотность, пористость, толщина, электронный проводимость и импеданс, следуют iv) Ассамблеи, электролит наполнения и укупорки.
  3. Осуществляют формирования ячейки. Создание велосипедных протокол с программным обеспечением циклователь аккумулятор, выполните следующие действия.
    1. Используйте функцию тест построения программного обеспечения циклователь батареи. Нажмите на значок нового файла (см. Синяя стрелка в дополнительный файл 1a).
    2. Каждая строка в протокол код ссылается на параметр Велоспорт (например, остальное время и отключения напряжения) (дополнительный файл 1b). Заполните каждый шаг, как это требуется для выполнения двухэтапный постоянный ток постоянное напряжение (CC-CV) зарядки на 0.1 C до 3.6 V, с 10-мА отсечки текущих и CC разряда на 0.1 C до 2.5 V. После этапа формирования заряда батареи на 30% состояние заряда (SOC). Нажмите кнопку « сохранить » и укажите имя файла.
    3. Выберите ячейку, чтобы циклически, нажав на его соответствующего канала (см. синие стрелки № 1 в дополнительный файл 2). Этот канал отмечен в столбце «Состояние», «выбранные». Затем нажмите на кнопку запуска (см. синие стрелки № 2 в дополнительный файл 2) на верхней панели инструментов.
    4. Выберите протокол (см. синие стрелки № 1 в дополнительный файл 3), установите потенциала (Ah) клетки (см. синие стрелки № 2 в дополнительный файл 3) и присвойте камере (см. синие стрелки № 3 в дополнительный файл 3). Определите допустимые имя файла и нажмите на кнопку « Пуск ».

2. ячейки арматуры перед испытанием электрохимической

  1. Место каждой ячейки в соответствующие держатели, состоящий из двух жестких плит (с шириной и длиной 300 мм x 300 мм, соответственно и толщиной 12 мм) из поликарбоната.
  2. Место термопара в центре одной из сторон каждой ячейки внутри Держатели для мониторинга изменений температуры поверхности.
  3. Место клетки и светильников внутри камеры температуры для контроля температуры окружающей среды на протяжении всего эксперимента. Место две клетки идентичны протоколом в той же камере температура.
  4. Подключите клетки через 4-проводное подключение к cycler.

3. электрохимические Велоспорт

  1. Мобильные принадлежности
    1. Установите температуру при 25 ° C в зале окружающей среды. Позвольте по крайней мере 12 h обеспечить тепловой уравновешивания.
    2. Выполнение трех циклов заряда/разряда, с помощью батареи cycler.
      1. Создание протокола для батареи велосипедист, следующие шаги 1.3.1 и 1.3.2. В этом случае, настройте протокол шаги к CC-CV, зарядка на 0.1 C (от номинальной емкости) до 3,7 V (резюме этапа до 0.01 C или 1 h), затем CC разряда на 0.1 C до 2.7 V. Использование 30 мин на отдых после каждого шага Велоспорт.
      2. Выполните шаги 1.3.3 и 1.3.4 для выбора канала и протокол.
      3. Выберите два соответствующих каналов в то же время, когда две клетки находятся в той же камере температура (две клетки после тот же протокол). Это гарантирует синхронизацию состояния температура Велоспорт и камеры для двух ячеек.
    3. Выполнить цикл ссылки (шаг 3.2) и использовать его для оценки начальной емкостью (C,я) (Таблица 1).
  2. Ссылка Велоспорт
    1. Выполните ссылку Велоспорт в рамках принадлежности клеток (шаг 3.1.3) и через периодические интервалы (т.е., следующие 25 долгосрочных старения циклы, см. ниже).
    2. Установите температуру камеры при 25 ° C, когда испытания проводятся при различных температурах и достаточно времени для термостабилизации (< 1 кН-1).
    3. Выполнение двух циклов заряда/разряда CC, с помощью батареи cycler.
      1. Создание протокола для батареи циклователь с программным обеспечением, следующие шаги 1.3.1. и 1.3.2. В этом случае, настройте протокол шаги к CC зарядки разрядки на 0.3 C (например, IEC 62660-1: 2011)13. После каждого шага Велоспорт разрешить дополнительное время для стабилизации температуры (< 1 кН-1).
      2. Выполните шаги 1.3.3 и 1.3.4 для выбора канала и протокол.
      3. Выберите два соответствующих каналов в то же время, когда две клетки находятся в той же камере температура (две клетки после тот же протокол). Это гарантирует синхронизацию состояния температура Велоспорт и камеры для двух ячеек.
  3. Долгосрочный (старения)
    1. Выполните 100 циклов заряда/разряда. Создание протокола для батареи циклователь с программным обеспечением, следующие шаги 1.3.1 и 1.3.2. В этом случае настройте протокол шаги к CC-CV зарядки 1 C до 3,7 V (резюме этапа до 0.1 C или 1 h) и CC выгрузки 1 C тока до 2.7 V с постоянной температурой во время заряда (Tc) и разряда (Td).
    2. Выполните шаги 1.3.3 и 1.3.4 для выбора канала и протокол.
    3. Осуществлять долгосрочный старения на несколько комбинаций температуры (10) для 100 циклов заряда/разряда из шага 3.3.1, температуры диапазон от-20 ° C до 30 ° C (см. матрицу испытания в таблице 1) разработана DOE D-оптимизация36 (минимальная ошибка прогноза). Задайте время отдыха в протоколе испытания 30 мин после каждой зарядки или выполнении шаг, когда Tc и ТД же (испытания № 1 и 2, 3 и 4, 9 и 10, 13 и 14 и 19 и 20, Таблица 1). Однако когда Tc и ТД отличаются (испытания № 11 и 12, 5 и 6, 7 и 8, 15 и 16 и 17 и 18, Таблица 1), задать время отдыха до тех пор, пока температура стабильна в пределах 1 кН-1.
    4. Выполните цикл ссылку после каждого набора 25 циклов (см. шаг 3.2).
    5. Повторяйте каждый тест раз на различные свежие ячейку для оценки его повторяемости.
  4. Степень деградации
    1. Оценки деградации [сохранения потенциала (CR)] ячейки с помощью: i последний цикл ссылки и первая ссылка цикла, CRref (см. шаг 3.2) и ii долгосрочного сохранения потенциала, по сравнению с первым циклом, CR долгосрочная (см. шаг 3.3) и следующих уравнений (1 и 2):
      (1)Equation 1
      (2)Equation 2
      1. Используйте аккумулятор циклователь клиентское программное обеспечение для доступа к данным, Велоспорт. Во-первых выберите шаблон для визуализации (файл открыт в дополнительный файл 4) и выберите имя файла, определенный на шаге 3.1.2 или 3.2.3, где это уместно.
        Примечание: Дополнительный файл 5 показан пример Велоспорт данных, сохранения потенциала как функция номер цикла (дополнительный файл 5, Верхний график) и вариации потенциал, и тока и температуры как функция время (дополнительный файл 5, нижняя графа). Уравнения (1) и (2) может быть определено непосредственно из участков, с использованием возможностей программного обеспечения.
    2. Fit темпы деградации (доктор) с помощью CRref и общее количество циклов (т.е., ссылка циклов и долгосрочных циклов), предполагая, что д-р зависит от заряда Tc и выполнять Td температуры до квадратичной термин и взаимодействие между этими температурами следующим в уравнение (3):
      (3)Equation 3
      Примечание: Параметры Ai и их статистической значимости определяется наименее площадь штуцер и ANOVA, предполагая, что неопределенность измерений (err) с отклонение σ следующим нормального распределения. Последний должен быть подтвержден от распределения остаточного fit.
      1. Для этой цели используйте программное обеспечение с функцией «Fit модель». Выберите параметр пошагово (синяя стрелка № 1 в дополнительный файл 6) и выбрать функцию Max RSquare K-фолд (синяя стрелка № 2 в дополнительный файл 6) и нажмите на GO. Это разбивает набор данных для подмножества эквивалентный курс подготовки, и установку делается на каждого подмножества отдельно. Выберите лучший общий RSquare значения, чтобы избежать переобучение.
      2. Нажмите на Марка модель. Дополнительный файл 7 показывает результаты установки. Она также вычисляет значение (значение параметра PValue) каждого параметра (,я). В таблице «Эффект резюме» удалите наименее значимых параметров. В этом случае,4 (квадратичная зависимость температуры нагнетания) был показан как не значительные. Таким образом он был удален из дальнейшего анализа. Дополнительный файл 8 показывает последний fit с фактическими данными.

4. посмертный анализ

  1. Разбирайте клетки. Выполнять этот шаг внутри бардачок (< 5 ppm для2 O и H2O) чтобы избежать загрязнения в воздухе. Вырежьте ячейки мешочек, керамическими ножницами. Вырежьте небольшой части анода и катода электродов (5 x 5 мм) и смонтировать их на сканирующий электронный микроскоп (SEM) образца заглушки.
  2. Избегайте загрязнения, поместив держателя образца SEM в запечатанном контейнере и непосредственно передать его в камеру образец SEM через, например, использование перчатка сумка прилагается к входу в палату, которая заполняется с инертным газом.
    1. Для того, чтобы уменьшить воздействие на воздух, поддержание избыточного давления инертного газа в мешок перчатки.
  3. Для изучения углубленного морфология электродов до и после Велоспорт, выполняют SEM изображений с помощью двух детекторы для вторичных электронов: в объектив детектор и детектор Стандартный средних электронов. Использование в качестве ускоряющее напряжение в объектив детектор и детектор электронов средней 1 кв и 15 кв, соответственно.
  4. Для каждого образца характеризуют по крайней мере пять различных местах поверхности образца представитель SEM микроскопии и выявления потенциальных неоднородности поверхности. Для каждого местоположения, выполнение SEM изображений на следующих увеличениях: 1 kX, 3 kX, 5 kX, 10 kX, 20 kX, 50 kX, 75 kX, 100 kX, 150 kX и 200 kX.
  5. Анализ химического состава каждый электрод с помощью спектрометра энергии энергодисперсионный рентгеновский (EDX), с 80-мм2 силиконовый детектор дрейф (SDD).
    1. Использование ускоряющего напряжения 15 кв и рабочее расстояние 13 мм для выполнения элементарного анализа с использованием средних электрона изображений.
    2. Выберите для каждого материала по крайней мере пять различных мест на поверхности образца и анализировать как минимум 5 точек для создания спектров.
    3. Использование различных увеличениях, начиная от 2 kX до 25 kX, для выполнения полуколичественного анализа, а также лучше ориентироваться на каких-либо конкретных частиц или структурных изменений. В результате для каждого образца, соберите как минимум 25 spectra EDX расследовать элементного состава.
    4. Перед началом химического анализа на данном месте образца, используйте медь для спектральных калибровки. Наконец средние значения, измеренные в разных местах каждого образца, в отношении сопоставления EDX, использовать 2 h приобретение времени.

Representative Results

Для этого исследования были использованы мешочек клеток (рабочее напряжение диапазон между 2,50-3,70 V) номинальной мощностью 6 Ah. Результаты, полученные от их электрохимические характеристики разделены на три секции: i) Велоспорт на же зарядки и выполнении температуры (шаг 1.1), ii) Велоспорт при разных температурах разрядки (и же температура заряда) (шаг 1.2) и iii) Велоспорт на разных температурах зарядки (и же температура нагнетания) (шаг 1.3).

Емкость хранения против всего цикла число когда Tc = ТД отображается на рисунке 1. Разрыв может наблюдаться после каждые 25 циклов (для 4-х циклов) соответствует ссылка Велоспорт тестирования. Дополнительные наблюдения, основанный на графике является довольно необычным поведением в Tc = ТД при-20 ° C условий тестирования. После каждого блока 25 циклов, является резкое распада потенциала и затем оздоровление во время ссылки Велоспорт (сделано при 25 ° C). Для других комбинаций температуры, отображаемые на графике наблюдается спад в качестве. Это наиболее заметно на (30 ° C, 30 ° C) комбинация. Аналогичным образом ссылка Велоспорт влияет на тенденции деградации долгосрочные тестирования. CR капли 0,5 - 1,0%, после того, как ссылка цикла тестирования > 12 ° c и незначительно увеличивается, когда езда на велосипеде является < 12 ° C.

В целом, CRдолгосрочный соответствует порядку (среднее значение для повторяющихся тестов) из более в менее вредными по сравнению с начальной производительность ячейки: 86% (30 ° C, 30 ° C), 90% (-20 ° C, -20 ° C), 96% (12 ° C, 12 ° C), 97% (5 ° C, 5 ° C) , 100% (-5 ° C, -5 ° C). Когда ссылка цикла тестирования считается, деградация соответствует порядку: 86% (30 ° C, 30 ° C), 94-95% (5 ° C, 5 ° C), (12 ° C, 12 ° C) и (-5 ° C,-5 ° C) и 96,5% (-20 ° C, -20 ° C) (Таблица 1).

Рисунок 1 b отображает старения с точки зрения сохранения потенциала (%) против температура Велоспорт для всех образцов оценены когда Tc = Td. Обе ссылки Велоспорт и долгосрочные старения отображаются и установлены к second-degree Полиномиальные уравнения по уравнению (3). Результат, соответствующий CRдолгосрочный (-20 ° c,-20 ° C) была отброшена от фитинга из-за своеобразной поведение, который явно не следуют тенденции.

Рисунок 2 показывает разряд профилей во время долгосрочного Велоспорт. Низкий C-скорость [0.3 C (ссылка Велоспорт) по сравнению с 1 C (долгосрочный Велоспорт)] и выше температура [25 ° C (ссылка Велоспорт) по сравнению с-5 ° C (долгосрочный Велоспорт)], дополнительные характеристики появляются в разряд кривой (Рисунок 2b ), с тремя плато, начиная V 3.15 3.30. Когда циклическое развивается, есть шаг плато для снижения мощности и малого изменения напряжения на плато потенциал.

Рисунок 3 показана эволюция емкости с Велоспорт для клетки № 17 и 18 и № 19 и 20, где Tc = 30 ° C и Td =-5 ° C до 30 ° C, соответственно. Данные для повторяющихся тестов представлены с намерением, чтобы доказать повторяемость. Подобное поведение было отмечено для дубликатов, таким образом в дальнейшем, будет отображаться только одно испытание дало отрицательный результат, и CR значения относятся к среднее значение. Долгосрочный Велоспорт делает клетки способность сократить две температуры комбинаций, с более высокой деградации (30 ° C, 30 ° C) по сравнению с (30 ° C,-5 ° C), 86% по сравнению с 90% (Таблица 1). Противоположная тенденция встречается при сравнении ссылка циклов [клетки № 19 и 20 (30 ° C, 30 ° C на 86% и клетки № 17) и 18 (30 ° C, -5 ° C) на 82%, Таблица 1]. В конце езда на велосипеде некоторые удары появилась на клетки № 17 и 18. Чтобы понять природу этих ударов была проведена оценка трупных образцов, собранных из ячейки № 17. Результаты отображаются и обсуждены в результатах. Необходимо отметить, что шишки разработан в течение времени и были видны также в нескольких других клеток, испытания на различных сочетаний температуры (здесь не показаны).

Рисунок 3 b отображает результаты, соответствующие клетки № 3 и № 5, с же Tc =-5 ° C и другой Td =-5 ° C до 30 ° C, соответственно. После 100 циклов, сохранения потенциала (100% и 91%, соответственно) на (-5 ° C, 5 ° С) выше чем на (-5 ° C, 30 ° C). Тесты выполняются при использовании же Tc и различные Td отображаются в рисунке 3c [клетки № 11 (12 ° C, -10 ° C) и № 13 (12 ° C, 12 ° C)]. После 100 циклов сохранения потенциала показывает почти не деградации для первой ячейки и 96% для второго.

При использовании же Td (30 ° C) и различных Tc (-5 ° С и 30 ° C), способность показывает поведение отображены на рисунке 4 (клетки № 5 и № 19). После 100 циклов сохранение в качестве выше для клетки, циклическое при различной температуре (около 91%), чем в случае клетки циклическое при той же температуре (около 86%) (Таблица 1).

Долгосрочной оценки на Td =-5 ° C и Tхол = 30 ° C до -5 ° C, соответственно (клетки № 3 и № 17) представлен на рисунке 4b. В том же Td, Tc = 30 ° C более разрушительными, чем Tc =-5 ° C, как упоминалось ранее. Сохранение в качестве после 100 циклов находится около 100% для Велоспорт на (-5 ° C,-5 ° C) и 90% для езды на велосипеде в (30 ° C,-5 ° C) (Таблица 1).

Наконец, производительность когда Td =-20 ° C отображается в рисунке 4c (клетки № 1, № 7 и № 15 с Tc =-20 ° C и 0 ° C, 15 ° C, соответственно). Данные, когда Велоспорт на (-20 ° C,-20 ° C) был ранее объяснил. Довольно аналогичный результат происходит на этом рисунке, но в меньшей степени. Этот эффект также были обнаружены другие40. Сохранение в диапазоне мощностей составляет 90-102% относительно CRдолгосрочный и ∼96% по отношению к CRref.

Визуальный осмотр клеток № 17 (Tc = 30 ° C, Td =-5 ° C) показали значительно большой удар частей (белые стрелки в мультфильмов 5А и 5b). Кроме того было отмечено зоны рифленая структуры в нижней части мешочек и графитовые электроды (красный круг, цифры 5А и 5b). Эта ячейка представил самый высокий уровень деградации и низкие удержания в качестве относительно CRref (Таблица 1).

Образцы из анода и катода электроды были собраны в 3 отдельных зонах; bump, рифленая и центральных районов (последняя с без видимых дефектов). Свежие клетки (после формирования) также были открыты и исследованы для целей сравнения.

Рисунок 6 показывает изображения SEM заготавливаемым аноде материалов. Из рисунка очевидно, что различные морфологические характеристики различаются.

Figure 1
Рисунок 1 . Емкость удержаний. () Эта группа показывает сохранения потенциала после 100 циклов на том же заряда и разряда температур. (b) группа показывает сохранения потенциала (относительно долгосрочных старения и ссылка Велоспорт) vs. температуры. Сотовый тесты: № 1 (-20 ° C, -20 ° C), № 3 (-5 ° C, -5 ° C), № 9 (5 ° C, 5 ° C), № 13 (12 ° C, 12 ° C) и № 19 (30 ° C, 30 ° C). Этот рисунок был изменен с Ruiz et al. 39. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 2
Рисунок 2. Выполнять профили для клеток: № 17 (30 ° C, -5 ° C). () Эта панель показывает долгосрочный Велоспорт с (C-ставка 1 C) и температурой-5 ° c. (b) этой панели отображается ссылка Велоспорт с (C-скорость 0.3 C) и при температуре 25 ° C. Этот рисунок был изменен с Ruiz et al. 39. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 3
На рисунке 3. Сохранения потенциала для ячеек с же TC и различные ТД. Эти панели показывают удержаний мощности и эффект различной температуры разгрузки клеток () № 17 и 18 (30 ° C, -5 ° C) и № 19 и 20 (30 ° C, 30 ° C), (b) № 3 (-5 ° C, -5 ° C) и № 5 (-5 ° C, 30 ° C) и (c) № 11 (12 ° C, -10 ° C) и № 13 (12 ° C, 12 ° C). Этот рисунок был изменен с Ruiz et al. 39. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 4
Рисунок 4. Сохранения потенциала для ячеек с различными TC и такой же ТД . Эти панели показывают удержаний мощности и эффект различной температуры заряд клеток () № 5 (-5 ° C, 30 ° C) и № 19 (30 ° C, 30 ° C), (b) № 3 (-5 ° C, -5 ° C) и № 17 (30 ° C, -5 ° C) и (c) № 1 (-20 ° C -20 ° C), № 7 (0 ° C, -20 ° C) и № 15 (15 ° C, -20 ° C). Этот рисунок был изменен с Ruiz et al. 39. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 5
Рисунок 5. Post-mortem оценок для ячейки № 17. Эти панели показывают () мешочек клеток после 100 циклов и (b) анод электрода после открытия/уборки. Белые стрелки указывают шишки тестирования и красный круг указывает зону рябь. Обе эти функции были получены в ходе электрохимических тестирования. Внешние размеры мешочек клеток являются 250 x 164 мм. Этот рисунок был изменен с Ruiz et al. 39. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 6
Рисунок 6. SEM изображений. Эти панели показывают SEM изображений при низких и высоких увеличениях для () свежие анода (клетка № 17) в зоне удар (b) и (c) центральной зоны и зоны (d) заготавливаемым аноде (клетка № 17) на удар (e) и (f ) центральной зоны. Следующей панели показывают вторичных электронов SEM изображений для (g) свежие и для заготавливаемым аноде от клетки № 17 в зоне удар (h) и (я) центральной зоны (вставить: сопоставление с EDX указывает наночастиц Cu богатых). Этот рисунок был изменен с Ruiz et al. 39. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 7
Рисунок 7 . Поверхности установлены [уравнение (4)] и экспериментально вычисляемые темпов деградации (точки) в пространстве температуры заряда/разряда от циклов ссылка (R2 = 0,92). n = количество циклов. Красный цвет означает более низкий уровень деградации и синий более высокий уровень деградации. Этот рисунок был изменен с Ruiz et al. 39. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Мобильный тест нет TC /° C ТД /° C ΔT /° C C1 /Ah CRдолгосрочный (%) Cя /Ah R@1000Hz/ ом CRref (%) DR (Ah n-1) / Ач
1 -20 -20 0 3,00 89,86 5.60 0.90 96.45 -0.00208
2 -20 -20 0 3,00 90,21 5.61 0.93 96,46 -0.00208
3 -5 -5 0 4.52 98.10 5,62 0.93 94.44 -0.00349
4 -5 -5 0 4.51 102.00 5.72 1.00 96.40 -0.00235
5 -5 30 35 5.26 91,66 5.74 0.91 88.95* -0.00627
6 -5 30 35 5.29 90.82 5.72 0,82 89.14* -0.00642
7 0 -20 20 3.03 101.54 5,62 0,85 96.42 -0.00219
8 0 -20 20 3.04 99.00 5.65 0.93 96.22 -0.00223
9 5 5 0 5.33 97.27 5.67 0.93 94.08 -0.00239
10 5 5 0 5,35 97,00 5.64 0.84 94,31 -0.00233
11 12 -10 22 4.02 100.36 5.49 0.92 91.83 -0.00335
12 12 -10 22 4.03 99.30 5.51 0.90 90.41 -0.00379
13 12 12 0 5.53 95,47 5.65 0.90 94.51 -0.00331
14 12 12 0 5.51 96.09 5.64 0.88 94.90 -0.00299
15 15 -20 35 3.03 102.21 5.77 0,94 95.68* -0.00379
16 15 -20 35 3.01 102,11 5.72 0,95 95.60* -0.00406
17 30 -5 35 4.61 90,80 5.55 0.92 81.85 -0.00994
18 30 -5 35 4.62 90.00 5.60 0,95 81.20 -0.01027
19 30 30 0 5.50 85,50 5.61 0.92 85.42 -0.00794
20 30 30 0 5.48 86.00 5.57 0.90 86,09 -0.00766
* После 95 циклов, серая зона указывает протоколы испытаний где Tc = Td

Таблица 1. Номинальная и расчетных параметров для ячеек испытания на различных сочетаний температуры. [Tc/° C: температура бесплатно, ТД/° C: разряда, ΔT/° C: | Td - Tc |, C1/Ah: первый цикл потенциала долгосрочного старения, CRдолгосрочный (%): сохранения потенциала относительно первого цикла, C,я/Ah: исходная емкость определяется Ссылка цикла, CRref (%): сохранения потенциала относительно первого исходного цикла, DR (Ah n-1) / Ah: деградации рассчитывается от исходного цикла после 100 циклов (линейный тренд на себя), n = количество циклов.]

Supplementary Files
Дополнительные файлы. Скриншоты использования программного обеспечения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Discussion

Поведение для Велоспорт на (-20 ° C,-20 ° C)(рис. 1) можно отнести к (i) Кинетическая ограничения во время зарядки (уменьшение ионного диффузии, сопротивление теплопередаче бедных заряда на стыке электрод/электролит41, сокращение ионной проводимости, дисбаланс заряда и т.д.) и/или (ii) литий покрытие когда зарядки при низких температурах могут быстро диффузного когда Велоспорт на высоких температурах42. При температуре в 25 ° C, увеличивается диффузии ионов и есть уравновешивания неуравновешенное состояние. Это приведет к восстановлению потенциала. Подобное поведение не найден в литературе. Для типа клеток под следствием это сочетание температуры не рекомендуется для непрерывной Велоспорт вследствие распада быстро потенциала, хотя есть некоторые частичное восстановление потенциала после определенного времени восстановления при комнатной температуре.

С другой стороны, клетки, циклическое (12 ° c, 30 ° C) слишком пострадали от прерывания цикла оценки ссылки (это несомненно увеличивает общее время тестирования)(рисунок 1). Эти образцы страдают от деградации с самого начала Велоспорт и они могут быть более восприимчивы к дополнительным деградации при сравнении их с образцами цикличности на < 12 ° C.

Долгосрочный старения с Tc = ТД показал близким к второй порядок полинома отношения между удержания в емкости и контроля температуры (для диапазона 5 ° C до 30 ° C, рис. 1б). Омар и др. 12 показан подобное поведение (в диапазоне температур от-18 ° C до 40 ° C). Значение (-20 ° C,-20 ° C) не было принято во внимание, как его поведение резко отличается от общей тенденции. От способности измерения ЧРпредложениепохоже, что Велоспорт в диапазоне от-20 ° С до 15 ° C наносит мало деградации (рис. 1б). Различное поведение свидетельствует CRref и CRдолгосрочный может быть объяснено как они рассчитаны на тесты выполняются при разных температурах и различные C-ставки. Таким образом, они чувствительны к различным процессам: необратимого старения (последствия деградации вечный)43 12,и реверсивные старения [следствием старения может быть восстановленной (например, расширенная отдых раз)]. Можно считать, что, с одной стороны, CRref чувствителен к необратимой деградации и, с другой стороны, CRдолгосрочный чувствительна к обратимым и необратимой деградации.

Разряда профилей в ходе долгосрочного тестирования остаютсясопоставимыми (рисунок 2); Основное отличие-> 3 Ah (падение в разряд емкости)8. Для ведения Велоспорт (рис. 2b), три плато можно наблюдать в диапазоне V 3.15 3.30, соответствующая разница напряжения между катода (3.43 V соответствующий редокс пара Fe3 +/Fe2 +)44 и интеркаляции фазы анода45,46. Когда Велоспорт, есть смещение к снижению значения мощности, вследствие потребления cyclable лития, или деградации материала из-за старения47.

Когда Велоспорт на данной Tc, было установлено, что долгосрочная стабильность выше на нижней Td. Это согласуется с общей тенденцией, что более высокие температуры приводит к более высокой деградации. Это было отмечено три пары комбинаций вычисляется и отображается в цифры 3А - 3 c. Таким образом, Велоспорт на Td = 30 ° C приводит к более высокой деградации чем Td =-5 ° C, ТК же. Аналогичным образом, Td = 12 ° C является более сложным, чем Td =-10 ° C, когда ТК же (12 ° C).

В некоторых случаях, тенденция к деградации найдено для ссылки на Велоспорт противоположно показано для долгосрочной Велоспорт. Это дело для (30 ° C,-5 ° C) vs. (30 ° C, 30 ° C) и (12 ° C,-10 ° C) vs. (12 ° C, 12 ° C) Велоспорт. Оценка цикла ссылка показывает только необратимой деградации, в то время как долгосрочные старения под влиянием необратимым и обратимые эффекты. Кроме того, 1 C Велоспорт приводит к выше омического капель (выше при более низких температурах). Если поведение клеток тестирование (30 ° C,-5 ° C), по сравнению с клеток, испытания на (-5 ° C, 30 ° C), можно сделать вывод, что в обоих случаях является сопоставимой деградации [CRдолгосрочный около 90% (Таблица 1)]. Однако, CRпредложение демонстрирует Нижняя деградации (-5 ° C, 30 ° C). В этих условиях (т.е., заданного Td) выше Tc означает больше деградации, как свидетельствуют цифры 4a и 4b. TC = 30 ° C Велоспорт деградирует клетки, по сравнению с Tc =-5 ° C (когда Td является то же самое). Это согласуется с интерпретации данных для других Велоспорт условий, рассмотренных ранее.

Как резюме, можно сделать вывод, что Велоспорт на (-5 ° C,-5 ° C), (0 ° C,-20 ° C), (5 ° C, 5 ° C), (12 ° C, -10 ° C) и (15 ° C,-20 ° C) свыше 100 циклов привело к почти без деградации. Испытания образцов на Td =-20 ° C, оказались быть стабильным (восстановление в качестве при + 25 ° C, рис. 4c), что делает эти образцы подходит для термостатирования суб номер. Этот потенциал восстановления менее впечатляет, когда увеличение Tc. Поведение, проявленная этот набор образцов указывает, что большой компонент реверсивные деградации при низких температурах (кинетическая компонент).

Первоначальное состояние поверхности материала анода (графит) обычно является гладкая (цифры 6a и 6 d). После езда на велосипеде, roughens поверхности, также отмечено другими48. Изменения в морфологии более очевидно в bumped зоне (цифры6b и 6e) по сравнению с центральной частью электрода (цифры 6 c и 6f). При увеличении масштаба, полусферической частицы видны в зоне наткнулся (eрис. 6). Эти структуры имеют средний диаметр 35 до 175 Нм и также наблюдаются другие49,,5051. В этих исследованиях они были назначены для обшивки гранулированных металлических ли частицы49,50 на котором слоя СИЭ растет50. Возможное объяснение для этого сплетши могут быть назначены для: (i) некоторую степень завышенной, как описано в Lu et al. 49 (10% overlithiation) или (ii) неоднородное сжатие на электроды, как учился, Бах и др. 52.

Вторичный электрон SEM изображает светлые частицы распределены в циклическое анода (Рисунок 6i). Эти частицы менее заметны в зоне рифленая (дополнительные данные, РисунокS1) и не видны в зоне удар (рис. 6 h). EDX исследования определили эти частицы как металлические Cu (см. вставки в рисунке 6,я и дополнительные данные в Рисунке S2). Вполне возможно, что Cu (токоприемник) растворяется и осаждается на электроде (например, текущий сборщик коррозия происходит за счет реактивности с электролитом, и когда потенциал анода является слишком позитивные против Li/Li+) 28. в зоне наткнулся, следы Cu, концентрация выше фонового сигнала также были abserved. Это может быть предположил, что по некоторым причинам, условия в этой зоне не способствуют осаждению Cu. Наконец следы Фе также были измерены. Это может объясняться распада железа от материала катода (4LiFePO), как указано другими48,,5354. LiPF6 на базе электролитов (ВЧ следы)55, оценку циклическое катод, показал без изменений по сравнению с свежий материал (дополнительный материал, Рисунке S3). Далее в настоящее время ведутся эксперименты с целью дальнейшего характеризуют эти материалы катода.

Темпы деградации (DRs) из таблицы 1 рассчитывается от CRref были построены против тестирования температур (зарядка и разрядка), затем устанавливается методом наименее квадрат (2D). Рисунок 7 показывает поверхности штуцера, порожденных, где точки являются измеренные DRs. Набор данных был разделен на обучение и проверка наборов данных для установки. Полиномиальная функция была выбранных (Лучший R2). Красный представляет условия с нижней DRs и синий представляет условия с выше DRs. Результирующая модель формула имеет следующий вид:

(4)Equation 4Equation 5

Статистическая значимость коэффициентов полинома, подтверждается ANOVA, приводит к квадратичной отношения DR с Tc и линейной взаимосвязи с Td.

Другие замечания, которые могут быть полезны, если подходящих приложений должны быть выбраны: когда Tc составляет около15 ° C, DR не зависящих от Td; Когда Tc < 15 ° C, выше, деградация происходит на более высоких Td; Когда Tc > 15 ° C, ниже деградация происходит на более высоких Td; низкие DR соответствует (Tc =-7 ° C, Td =-20 ° C); соответствует высоким DR (Tc = 30 ° C, Td =-20 ° C) или (Tc =-20 ° C, Td = 30 ° C).

Результаты, представленные в этой работе могут иметь значение для разработки будущих стандартов и правил в целях представления более реалистичных сценариев. Дальнейшие эксперименты с использованием других химия необходимо проверить достоверность этих выводов для того, чтобы найти оптимальный диапазон в зависимости от приложения. Дополнительная работа будет оценивать последствия старения календаря.

Disclosures

Авторы Matteo Destro и Daniela фонтана являются сотрудниками литопсы S.r.l, который производит батареи, используемые в этой статье. Другие авторы имеют ничего не разглашать.

Acknowledgments

Авторы благодарят Марк Стин и Бретт Лоис за их прекрасную поддержку пересмотра этой рукописи.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
artificial graphite  IMERYS D50 about 6 µm. Catalog number cannot be disclosed for propietary reasons
lithium iron phosphate BASF D50 about 11 µm. Catalog number cannot be disclosed for propietary reasons
Cu foil    Schlenk 16 µm thickness. Catalog number cannot be disclosed for propietary reasons 
Al foil Showa Denko 20 µm thickness. Catalog number cannot be disclosed for propietary reasons 
separator  Celgard separator. Catalog number cannot be disclosed for propietary reasons
Maccor cycler Maccor Maccor Series 4000  Battery cycler
BIA chamber BIA BIA MTH 4.46  environmental temperature chambers
SEM Carl Zeiss, Germany ZEISS SUPRA 50 Scanning Electron Microscope
EDAX Oxford Instruments, UK  Oxford X-MaxN 80  Energy Dispersive X-ray spectrometer
SDD Oxford Instruments, UK AZtec software Drift detector 

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Conte, M., et al. Ageing testing procedures on lithium batteries in an international collaboration context. 25th World Battery, Hybrid and Fuel Cell Electric Vehicle Symposium & Exhibition. , November 5 - 8, 2010 (2010).
  2. Barré, A., et al. A review on lithium-ion battery ageing mechanisms and estimations for automotive applications. Journal of Power Sources. 241, 680-689 (2013).
  3. Danzer, M., Liebau, V., Maglia, F. Aging of Lithium-ion Batteries for Electric Vehicles. , Woodhead Publishing. Amsterdam, The Netherlands. (2015).
  4. International Energy Agency (IEA). Technology Roadmap. Electric and Plug-in Hybrid Electric Vehicles. , Economic Co-operation and Development Publishing. Paris, France. (2011).
  5. Battery R&D Roadmap 2030. Battery Technology for Vehicle Applications. Eurobat E-Mobility. , Available from: http://www.eurobat.org/sites/default/files/eurobat_emobility_roadmap_lores_2.pdf (2015).
  6. SET Plan Secretariat. European Commission. Issues Paper No. 7 "Become competitive in the global battery sector to drive e-mobility forward". , Available from: http://setis.ec.europa.eu/system/files/integrated_set-plan/action7_issues_paper.pdf (2016).
  7. Shi, W., et al. Analysis of thermal aging paths for large-format LiFePO4/graphite battery. Electrochimica Acta. 196, 13-23 (2016).
  8. Wang, J., et al. Cycle-life model for graphite-LiFePO4 cells. Journal of Power Sources. 196 (8), 3942-3948 (2011).
  9. 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).
  10. Ecker, M., et al. Development of a lifetime prediction model for lithium-ion batteries based on extended accelerated aging test data. Journal of Power Sources. 215, 248-257 (2012).
  11. Ramadass, P., Haran, B., White, R., Popov, B. N. Capacity fade of Sony 18650 cells cycled at elevated temperatures: Part I. Cycling performance. Journal of Power Sources. 112 (2), 606-613 (2002).
  12. Omar, N., et al. Lithium iron phosphate based battery - Assessment of the aging parameters and development of cycle life model. Applied Energy. 113, 1575-1585 (2014).
  13. International Electrotechnical Commission. Secondary lithium-ion cells for the propulsion of electric road vehicles - Part 1: performance testing. , Geneva, Switzerland. IEC 62660-1 (2011).
  14. International Organization for Standardization. Electrically propelled road vehicles - Test specification for lithium-ion traction battery packs and systems - Part 1: high-power applications. , Geneva, Switzerland. ISO 12405-1 (2011).
  15. International Organization for Standardization. Electrically propelled road vehicles - Test specification for lithium-ion traction battery packs and systems - Part 2: high-energy applications. , Geneva, Switzerland. ISO 12405-2 (2012).
  16. The Engineering Society for Advancing Mobility Land Sea Air and Space International. Life Cycle Testing of Electric Vehicle Battery Modules. , Warrendale, PA. SAE J2288 (2008).
  17. The Engineering Society for Advancing Mobility Land Sea Air and Space International. Recommended Practice for Performance Rating of Electric Vehicle Battery Modules. , Warrendale, PA. SAE J1798 (2008).
  18. Idaho National Laboratory. Battery Calendar Life Estimator Manual: Modeling and Simulation. , Idaho Falls, ID. INL-EXT-08-15136. Rev 1 (2012).
  19. Idaho National Laboratory. Battery Technology Life Verification Test Manual Revision 1. , Idaho Falls, ID. INL-EXT-12-27920 (2012).
  20. United States Advanced Battery Consortium LLC. USABC Electric Vehicle Battery Test Procedures Manual Revision 2. , Southfield, MI. (1996).
  21. Jalkanen, K., et al. Cycle aging of commercial NMC/graphite pouch cells at different temperatures. Applied Energy. 154, 160-172 (2015).
  22. Ruiz, V., et al. A review of international abuse testing standards and regulations for lithium ion batteries in electric and hybrid electric vehicles. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 81, Part I 1427-1452 (2017).
  23. Inaba, M., Tomiyasu, H., Tasaka, A., Jeong, S. -K., Ogumi, Z. Atomic force microscopy study on the stability of a surface film formed on a graphite negative electrode at elevated temperatures. Langmuir. 20 (4), 1348-1355 (2004).
  24. Richard, M. N., Dahn, J. R. Accelerating rate calorimetry study on the thermal stability of lithium intercalated graphite in electrolyte. I. Experimental. Journal of the Electrochemical Society. 146 (6), 2068-2077 (1999).
  25. Broussely, M., et al. Main aging mechanisms in Li ion batteries. Journal of Power Sources. 146 (1-2), 90-96 (2005).
  26. Burns, J. C., Stevens, D. A., Dahn, J. R. In-situ detection of lithium plating using high precision coulometry. Journal of the Electrochemical Society. 162 (6), 959-964 (2015).
  27. Fleischhammer, M., Waldmann, T., Bisle, G., Hogg, B. -I., Wohlfahrt-Mehrens, M. Interaction of cyclic ageing at high-rate and low temperatures and safety in lithium-ion batteries. Journal of Power Sources. 274, 432-439 (2015).
  28. Vetter, J., et al. Ageing mechanisms in lithium-ion batteries. Journal of Power Sources. 147 (1), 269-281 (2005).
  29. Arora, P., White, R. E., Doyle, M. Capacity fade mechanisms and side reactions in lithium-ion batteries. Journal of the Electrochemical Society. 145 (10), 3647-3667 (1998).
  30. Spotnitz, R., Franklin, J. Abuse behavior of high-power, lithium-ion cells. Journal of Power Sources. 113 (1), 81-100 (2003).
  31. Broussely, M., et al. Aging mechanism in Li ion cells and calendar life predictions. Journal of Power Sources. 97-98, 13-21 (2001).
  32. Niikuni, T., Koshika, K., Kawai, T. Evaluation of the influence of JC08-based cycle stress on batteries in plug-in hybrid electric vehicle. EVS25 (World Battery, Hybrid and Fuel Cell Electric Vehicle Symposium). , Shenzhen, China, November 5 - 9, 2010 (2010).
  33. Betzin, C., Wolfschmidt, H., Luther, M. 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. Energy Procedia. 99, 235-242 (2016).
  34. Schmalstieg, J., Käbitz, S., Ecker, M., Sauer, D. U. A holistic aging model for Li(NiMnCo)O2 based 18650 lithium-ion batteries. Journal of Power Sources. 257, 325-334 (2014).
  35. Belt, J., Utgikar, V., Bloom, I. Calendar and PHEV cycle life aging of high-energy, lithium-ion cells containing blended spinel and layered-oxide cathodes. Journal of Power Sources. 196 (23), 10213-10221 (2011).
  36. Atkinson, A., Donev, A., Tobias, R. Optimum Experimental Designs, with SAS. , Oxford University Press. Oxford, UK. (2007).
  37. Forman, J. C., Moura, S. J., Stein, J. L., Fathy, H. K. Optimal experimental design for modeling battery degradation. 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).
  38. Muenzel, V., De Hoog, J., Brazil, M., Vishwanath, A., Kalyanaraman, S. A multi-factor battery cycle life prediction methodology for optimal battery management. e-Energy 2015 - Proceedings of the 2015 ACM 6th International Conference on Future Energy Systems. , 57-66 (2015).
  39. Ruiz, V., et al. Degradation studies on lithium iron phosphate - graphite cells. The effect of dissimilar charging - discharging temperatures. Electrochimica Acta. 240, This is an open access article under the CC BY license (http://creativeccommons.org/Licenses/by/4.0 495-505 (2017).
  40. Eddahech, A., Briat, O., Vinassa, J. M. Lithium-ion battery performance improvement based on capacity recovery exploitation. Electrochimica Acta. 114, 750-757 (2013).
  41. Zhang, S., Xu, K., Jow, T. Low-temperature performance of Li-ion cells with a LiBF4-based electrolyte. Journal of Solid State Electrochemistry. 7 (3), 147-151 (2003).
  42. Fan, J., Tan, S. Studies on charging lithium-ion cells at low temperatures. Journal of the Electrochemical Society. 153 (6), 1081-1092 (2006).
  43. Franco, A. A., Doublet, M. L., Bessler, W. G. Physical Multiscale Modeling and Numerical Simulation of Electrochemical Devices for Energy Conversion and Storage. , Springer-Verlag. London, UK. (2016).
  44. Padhi, A. K., Nanjundaswamy, K. S., Goodenough, J. B. Phospho-olivines as positive-electrode materials for rechargeable lithium batteries. Journal of the Electrochemical Society. 144 (4), 1188-1194 (1997).
  45. Dubarry, M., Liaw, B. Y. Identify capacity fading mechanism in a commercial LiFePO4 cell. Journal of Power Sources. 194 (1), 541-549 (2009).
  46. Kassem, M., et al. Calendar aging of a graphite/LiFePO4 cell. Journal of Power Sources. 208, 296-305 (2012).
  47. Physical Multiscale Modeling and Numerical Simulation of Electrochemical Devices for Energy Conversion and Storage. Franco, A. A., Doublet, M. L., Bessler, W. G. , Springer. London, UK. (2016).
  48. Zheng, Y., et al. Deterioration of lithium iron phosphate/graphite power batteries under high-rate discharge cycling. Electrochimica Acta. 176, 270-279 (2015).
  49. Lu, W., et al. Overcharge effect on morphology and structure of carbon electrodes for lithium-ion batteries. Journal of the Electrochemical Society. 159 (5), 566-570 (2012).
  50. Stark, J. K., Ding, Y., Kohl, P. A. Nucleation of electrodeposited lithium metal: dendritic growth and the effect of co-deposited sodium. Journal of the Electrochemical Society. 160 (9), 337-342 (2013).
  51. Honbo, H., Takei, K., Ishii, Y., Nishida, T. Electrochemical properties and Li deposition morphologies of surface modified graphite after grinding. Journal of Power Sources. 189 (1), 337-343 (2009).
  52. Bach, T. C., et al. Nonlinear aging of cylindrical lithium-ion cells linked to heterogeneous compression. Journal of Energy Storage. 5, 212-223 (2016).
  53. Klett, M., et al. Non-uniform aging of cycled commercial LiFePO4//graphite cylindrical cells revealed by post-mortem analysis. Journal of Power Sources. 257, 126-137 (2014).
  54. Amine, K., Liu, J., Belharouak, I. High-temperature storage and cycling of C-LiFePO4/graphite Li-ion cells. Electrochemistry Communications. 7 (7), 669-673 (2005).
  55. Koltypin, M., Aurbach, D., Nazar, L., Ellis, B. More on the performance of LiFePO4 electrodes-The effect of synthesis route, solution composition, aging, and temperature. Journal of Power Sources. 174 (2), 1241-1250 (2007).

Tags

Химия выпуск 137 литий ионная батарея клетки деградации электрохимических оценки экологических условий разработке эксперимента старение
Эффект зарядки и разрядки железа фосфат графит лития при разных температурах на деградации
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Ruiz Ruiz, V., Kriston, A., Adanouj, … More

Ruiz Ruiz, V., Kriston, A., Adanouj, I., Destro, M., Fontana, D., Pfrang, A. The Effect of Charging and Discharging Lithium Iron Phosphate-graphite Cells at Different Temperatures on Degradation. J. Vis. Exp. (137), e57501, doi:10.3791/57501 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter