Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Chemistry

Effekten af opladning og afladning Lithium Iron fosfat-grafit celler ved forskellige temperaturer på nedbrydning

doi: 10.3791/57501 Published: July 18, 2018

Summary

Denne artikel beskriver effekten af ulige påfyldning/tømning temperaturer på nedbrydningen af lithium iron fosfat-grafit pose celler, med henblik på simulering tæt på real case scenarier. I alt er 10 kombinationer af temperatur undersøgt i området -20 til 30 ° C for at analysere virkningen af temperatur på nedbrydning.

Abstract

Effekten af opladning og afladning lithium iron fosfat-grafit celler ved forskellige temperaturer på deres nedbrydning evalueres systematisk. Nedbrydningen af cellerne er vurderet ved hjælp af 10 opladning og afladning temperatur permutationer spænder fra-20 ° C til 30 ° C. Dette giver mulighed for en analyse af effekten af oplade og aflade temperaturer på ældning, og deres sammenslutninger. Ialt 100 lade/aflade cyklusser blev udført. Hver 25 cykler en reference cyklus blev udført for at vurdere kapacitet reversibel og irreversibel nedbrydning. En multi faktor variansanalyse blev brugt, og de eksperimentelle resultater blev monteret viser: i) et kvadratisk forholdet mellem sats for nedbrydning og temperaturen i afgift, ii) en lineær sammenhæng med temperatur af decharge, og iii) en sammenhængen mellem temperaturen i afgift og decharge. Det konstateredes, at kombinationen af temperatur til opladning på + 30 ° C og udføring på-5 ° C førte til den højeste sats for nedbrydning. På den anden side førte cykling i et temperaturområde fra-20 ° C til 15 ° C (med forskellige kombinationer af temperaturer på oplade og aflade), til en meget lavere nedbrydning. Desuden, når temperaturen i afgift er 15 ° C, blev det konstateret, at nedbrydning sats er nondependent på temperatur af decharge.

Introduction

Holdbarhed er blevet en af de afgørende emner af interesse for lithium-ion batterier (LIB)1,2,3 forskning, ikke forsømme sikkerhed adfærd, ydelse og pris. Batteri nedbrydning er især udfordrende for e-mobility programmer som en forholdsvis lang levetid er påkrævet4,5,6 i forhold til andre programmer (f.eks., et par år for forbrugeren elektronik). Den oprindelige ydeevne af LIBs (f.eks.med hensyn til kapacitet og modstand) forværres over tid på grund af elektrokemiske og kalender aldring. Mange faktorer (f.eks.elektrode materiale, miljøforhold, nuværende belastninger og cut-off spændinger) kan være afgørende i nedbrydning. Litteraturen identificerer temperatur som en af de vigtigste faktorer, der påvirker nedbrydningen af elektrode aktive materialer og elektrode-elektrolyt side reaktioner7. Trods den enorme mængde af publikationer i litteratur beskæftiger sig med batteriets holdbarhed ved forskellige temperaturer1,8,9,10,11, 12, disse undersøgelser kun repræsenterer bestemte celler, metoder og indstillinger, der bruges. Dermed er ekstrapolation til andre celler ikke trivielt, at foretage en kvantitativ sammenligning mellem forskellige undersøgelser meget vanskeligt.

Det kan forventes, at cykling på forskellige påfyldning og tømning kan have indflydelse på funktionen nedbrydning af batteriet, fordi mange af de processer, der forårsager nedbrydning er temperatur afhængige. Derudover i en række programmer, forskellige opladning og afladning temperaturer repræsenterer en mere overbevisende scenario [fx, batteri af en e-cykel opkrævet i et temperatur-kontrolleret miljø (indendørs) og e-bike cyklet (dvs. , afskediget) ved forskellige temperaturer (udendørs); sæsonbestemte og daglige temperatursvingninger er oplevet i mange programmer]. Men, aldrende testresultater offentliggjort i litteraturen sædvanligvis undersøgelse den samme temperatur for opladning og afladning trin. Også bruge relevante standarder13,14,15,16,17 og test metode manualer18,19,20 samme temperatur. Fandt vi i litteratur et eksempel af cykling på forskellige temperaturer (f.eks., 45 ° C, 65 ° C)21 for at oplade og aflade. Forfatterne af dette arbejde er beskrevet en højere fade i kapacitet ved højere temperatur af decharge, der blev tilskrevet fast elektrolyt interface (SEI) lag vækst og lithium plating21. Evaluering af batteri nedbrydning under betingelser repræsentant for realistiske scenarier er ønskeligt. Fremtidige standarder og forskrifter kan drage fordel af resultaterne præsenteres i dette arbejde på test af afgift og decharge på forskellige temperaturer22.

Som en generel regel, højere test temperaturer fremskynde nedbrydningen1,11,12, øge væksten af SEI11,23,24, og fremme variationer i SEI 11,23. På den anden side lav temperatur cykling resulterer i usandsynligt udfordringer: plating og dendrit vækst er lettet (langsom lithium-ion diffusion)25,26,27,28. Lithium metal kan reagere videre med elektrolytten fører til en nedsat holdbarhed og nedsat sikkerhed grad28,29.

Wang et al. 8 offentliggjort at fade i kapacitet fulgt en magt lov forholdet med afgift overførselshastighed (temperaturer mellem 15 ° og 60 ° C). Andre forfattere har beskrevet en kvadratroden af tiden forholdet med fade i kapacitet10,30,31,32,33,34. Dette formodes for at repræsentere irreversibel kapacitet Tabet tilskrives væksten af SEI30,31 , hvor aktive lithium forbruges. Kapacitet nedbrydning kan også have en andel af lineære nedbrydning med tiden33,34,35. Endelig nogle simuleringer af fade i kapacitet ved forskellige temperaturer blev valideret med eksperimentelle resultater og dataene, der viste en eksponentiel afhængighed af nedbrydning og temperatur8,10.

I dette arbejde, effekten af forskellige temperaturer i procent og udledning på funktionen nedbrydning af lithium iron fosfat (LFP) / grafit celler designet til sub omgivelsestemperaturer er beskrevet. Antallet af mulige temperatur kombinationer blev minimeret ved hjælp af et design af eksperiment (DOE) metode36; en metode bruges almindeligvis i industrielle optimering processer. Denne metode blev også anvendt af Forman et al. 37 at studere batteri nedbrydning, giver den mindste forudsigelse fejl (D-optimal). Alternativt, Muenzel et al. 38 udviklet en multi faktor liv forudsigelsesmodel genbruge data fra Omar et al. 12. dataene blev monteret, og en nedbrydning matrix blev opnået.

I den nuværende arbejde, blev også monteret oplysninger indhentet af en ikke-lineær mindste kvadraters montering (polynomium), som omfatter første-ordens interaktioner mellem temperaturer vederlagsfrit og decharge. En variansanalyse (ANOVA) blev brugt til at vurdere koefficienterne og graden af polynomiet. Metoden, der hjælper til at forstå effekten af temperaturer og decharge og deres mulige interaktioner. Disse oplysninger kan være relevante at støtte oprettelsen af fremtidige fit til formål og realistisk protokoller og standarder.

Protocol

Bemærk: Protokollen fulgte i dette arbejde er forklaret i detaljer i Ruiz et al. 39. et resumé af de vigtige skridt er beskrevet nedenfor.

1. etui celle forberedelse og dannelse

  1. Fremstil pose celler i formatet B5, at have dimensionen af 250 mm x 164 mm med en ca 4 mm tykkelse med kunstig grafit anode materiale, lithium iron fosfat (LFP) som katode materiale samt en 25-µm tykt polypropylen separator.
  2. Brug 80 g af elektrolyt: 1 M LiPF6 i ethylen karbonat: diethyletheren karbonat (2:3 w/w) indeholdende 1% vinylene karbonat.
    Bemærk: Pose celle fabrikation blev udført i en semi-automatiske industrielle pilotlinje består af følgende trin: Jeg) en gylle præparat indeholdende følgende aktive materiale: grafit anode og LFP for katode, en projektmappe, og ledende tilsætningsstoffer i en lab-skala mixer, ii) en gylle belægning på de nuværende samlere (aluminiumsfolie og kobber folie, for katode- og anode elektroder, henholdsvis), iii) et kalandrering for en optimeret elektrode ydeevne i, fx, elektrode tæthed, porøsitet, tykkelse, elektroniske ledningsevne og impedans, efterfulgt af iv) forsamling, elektrolyt påfyldning og forsegling.
  3. Udføre dannelsen af cellen. Oprette en cykling protokol med batteri cycler software ved hjælp af følgende trin.
    1. Brug funktionen bygge Test batteri cycler software. Klik på ikonet ny fil (se den blå pil i supplerende fil 1a).
    2. Hver linje i protokollen kode henviser til en parameter af cykling (fx, resten tid og cut-off spænding) (supplerende fil 1b). Udfyld hvert trin, som kræves for at udføre en to-trins konstant strøm-konstant spænding (CC-CV) opladning på 0,1 C indtil 3,6 V, med en 10-mA cutoff nuværende og en CC decharge på 0,1 C indtil 2,5 V. Efter trinnet dannelse opkræve battericeller på en 30% staten vederlagsfrit (SOC). Klik på knappen Gem og angive et filnavn.
    3. Marker cellen til at være cyklet ved at klikke på den tilsvarende kanal (Se blå pil nr. 1 i supplerende fil 2). Denne kanal er markeret i kolonnen "Status" som "udvalgte". Klik på knappen run (Se blå pil nr. 2 i supplerende fil 2) på toppen af værktøjslinjen.
    4. Vælg protokollen (Se blå pil nr. 1 i supplerende fil 3), indstille cellen (Se blå pil nr. 2 i supplerende fil 3) kapacitet (Ah) og tildele et kammer (Se blå pil nr. 3 i supplerende fil 3). Definere et gyldigt filnavn og klikke på knappen start .

2. celle armaturet før elektrokemiske test

  1. Placer hver celle i tilsvarende indehavere bestående af to stive plader (med en bredde og længde af 300 mm x 300 mm, henholdsvis, og 12 mm tykkelse) lavet af polycarbonat.
  2. Placere et termoelement midt på en af siderne af hver celle inde indehavere til at overvåge overflade temperaturen variationer.
  3. Placere celler og inventar inde i en temperatur kammer til at styre den miljømæssige temperatur under hele forsøget. Placer to celler efter en identisk protokol i den samme temperatur afdeling.
  4. Tilsluttes cycler celler via en 4-wire tilslutning.

3. elektrokemiske cykling

  1. Celle conditioning
    1. Indstil temperaturen ved 25 ° C i den miljømæssige kammer. Tillad mindst 12 h for at sikre en termisk ækvilibrering.
    2. Udføre tre lade/aflade cyklusser ved hjælp af et batteri cycler.
      1. Oprette en protokol for batteri cycler, efter trin 1.3.1 og 1.3.2. I dette tilfælde justere protokol trin til en CC-CV opladning på 0,1 C (fra den nominelle kapacitet) op til 3,7 V (CV fase indtil 0,01 C eller 1 h), derefter CC decharge på 0,1 C indtil 2.7 V. Brug en 30 min. hvile tid efter hver cykling trin.
      2. Følg trin 1.3.3 og 1.3.4 for valget af kanal og protokol.
      3. Når to celler er placeret i den samme temperatur afdeling (to celler efter samme protokol), skal du vælge de to tilsvarende kanaler på samme tid. Dette sikrer synkroniseringen af cykling og kammer temperaturforhold for de to celler.
    3. Udføre en reference cyklus (trin 3.2) og bruge det til at vurdere den oprindelige kapacitet (Cjeg) (tabel 1).
  2. Referere til cykling
    1. Udføre referencen cykling som en del af celle conditioning (trin 3.1.3) og med jævne mellemrum (dvs., følgende 25 langsigtede aging cyklusser, se nedenfor).
    2. Indstil temperaturen i salen ved 25 ° C, når test udføres ved en anden temperatur, og giver tilstrækkelig tid til en termisk stabilisering (< 1 Kh-1).
    3. Udføre to CC lade/aflade cyklusser ved hjælp af et batteri cycler.
      1. Oprette en protokol for batteri cycler med softwaren, følgende trin 1.3.1. og 1.3.2. I dette tilfælde justere protokol trin til en CC opladning-afladning på 0,3 C (fxIEC 62660-1:2011)13. Efter hver cykling skridt, give ekstra tid til en temperatur stabilisering (< 1 Kh-1).
      2. Følg trin 1.3.3 og 1.3.4 for valget af kanal og protokol.
      3. Når to celler er placeret i den samme temperatur afdeling (to celler efter samme protokol), skal du vælge de to tilsvarende kanaler på samme tid. Dette sikrer synkroniseringen af cykling og kammer temperaturforhold for de to celler.
  3. Lang sigt (aldrende)
    1. Udføre 100 lade/aflade cyklusser. Oprette en protokol for batteri cycler med softwaren, efter trin 1.3.1 og 1.3.2. I dette tilfælde justere protokol trin til en CC-CV opladning af 1 C op til 3,7 V (CV fase indtil 0,1 C eller 1 h) og en CC tømning af 1 C nuværende op til 2,7 V med en konstant temperatur under opladning (Tc) og under decharge (Td).
    2. Følg trin 1.3.3 og 1.3.4 for valget af kanal og protokol.
    3. Udføre den langsigtede aldring på flere kombinationer af temperatur (10) for de 100 lade/aflade cyklusser fra trin 3.3.1, i temperaturen spænder fra-20 ° C til 30 ° C (Se test matrix i tabel 1) udviklet gennem DOE D-optimering36 (et minimum fejl af forudsigelse). Sæt en hviletid i prøvningsprotokol på 30 min. efter hver opladning eller tømning skridt, når Tc og Td er de samme (forsøg No. 1 og 2, 3 og 4, 9 og 10, 13 og 14, og 19 og 20, tabel 1). Men når Tc og Td er forskellige (test nr. 11 og 12, 5 og 6, 7 og 8, 15 og 16 og 17 og 18, tabel 1), indstille en hviletid, indtil temperaturen er stabil i 1 Kh-1.
    4. Udføre en reference cyklus efter hvert sæt af 25 cykler (Se trin 3.2).
    5. Gentag hver test én gang på en anderledes frisk celle til at vurdere sin repeterbarhed.
  4. Nedbrydning sats
    1. Vurdere celle nedbrydning [kapacitet opbevaring (CR)] bruger: i) den seneste reference cyklus og først reference cyklus, CRref (Se trin 3.2) og ii) den langsigtede kapacitet opbevaring sammenligning med den første cyklus, CR langsigtet (Se trin 3.3) og følgende ligninger (1 og 2):
      (1)Equation 1
      (2)Equation 2
      1. Bruge batteriet cycler klient-software til at få adgang til cykling data. Først, Vælg skabelonen for visualisering (fil åben i supplerende fil 4), og vælg det filnavn, der er defineret i trin 3.1.2 eller 3.2.3, hvor det er relevant.
        Bemærk: Supplerende fil 5 viser et eksempel på den cykel data med kapacitet opbevaring som en funktion af cyklus antallet (supplerende fil 5, øverste graf) og variation af potentiale, og nuværende og temperaturen som funktion af tid (supplerende fil 5, nederste graf). Ligninger (1) og (2) kan bestemmes direkte fra parceller ved hjælp af softwarefunktioner.
    2. Passer nedbrydningshastigheder (DR) ved hjælp af CRref og samlet antal cyklusser (dvs.reference cyklusser og langsigtede cyklusser) antages det, at DR afhænger afgift Tc og decharge Td temperaturer op til kvadratiske sigt og samspillet mellem disse temperaturer som følger i ligning (3):
      (3)Equation 3
      Bemærk: Parametre Ai og deres statistiske signifikans bestemmes af et mindste-pladsen montering og en ANOVA, under forudsætning af at måleusikkerheden (err) med en σ varians følger en normalfordeling. Sidstnævnte bør bekræftes fra fordelingen af resterende fit.
      1. Til dette formål, skal du bruge en software med funktionen 'Fit model'. Vælg indstillingen Stepwise (blå pil No. 1 i supplerende fil 6) og vælge funktionen Max Kristensen-Fold RSquare (blå pil nr. 2 i supplerende fil 6) og klik på . Dette opdeler datasæt til en tilsvarende uddannelse delmængde og montering sker på hver delmængde separat. Vælg den bedste samlede RSquare værdi til at undgå overfitting.
      2. Klik på mærke model. Supplerende fil 7 viser resultaterne af montering. Det beregner også betydning (PValue) for hver parameter, (enjeg). Slet de mindst betydende parametre i tabellen 'Virkning oversigt'. I dette tilfælde en4 (kvadratiske afhængighed af decharge temperatur) var vist ikke betydelig. Derfor blev det fjernet fra yderligere analyse. Supplerende fil 8 viser den endelige fit med de faktiske data.

4. post mortem-analyse

  1. Adskil celler. Udføre dette trin inde i en handskerummet (< 5 ppm for O2 og H2O) for at undgå forurening i luften. Skær de pose celler ved hjælp af keramisk sakse. Klip små dele af anode og katode elektroder (5 mm x 5 mm) og montere dem på scanning elektron mikroskop (SEM) prøve stubbe.
  2. Undgå forurening ved at placere SEM prøveholderen i en lukket beholder og direkte overføre det til SEM prøve salen gennem for eksempel anvendelse af en handske pose knyttet til indgangen til salen, som er fyldt med inaktiv gas.
    1. For at reducere eksponeringen for luften, bevare et overtryk af inert gas i handske taske.
  3. For at undersøge dybdegående morfologi af elektroder før og efter cykling, udføre SEM imaging ved hjælp af to detektorer for sekundære elektroner: en in-linse detektor og en standard sekundære elektron detektor. Brug som accelererende spænding for i objektivet detektor og sekundære elektron detektor 1 kV og 15 kV, henholdsvis.
  4. For hver prøve, karakterisere mindst fem forskellige steder af prøveoverfladen har repræsentative SEM micrographs og identificere potentielle inhomogeneities af overfladen. For hver lokalitet, udføre SEM billeddannelse ved de følgende forstørrelser: 1 kX, 3 kX, 5 kX, 10 kX, 20 kX, 50 kX, 75 kX, 100 kX, 150 kX og 200 kX.
  5. Analysere den kemiske sammensætning af hver elektrode, ved hjælp af en Energy Dispersive X-ray (EDX) spektrometer, med en 80-mm2 silicium drift detektor (SDD).
    1. Bruge en accelererende spænding på 15 kV og en arbejdende afstand af 13 mm til at udføre elementære analyse ved hjælp af sekundære elektron billeder.
    2. Vælg for hvert materiale mindst fem forskellige steder på modellen overflade og analysere et minimum af 5 punkter til at generere spektre.
    3. Bruge forskellige forstørrelser, lige fra 2 kX til 25 kX, til at udføre en semi-kvantitative analyse og også til bedre at målrette nogen specifikke partikler eller strukturelle ændringer. Som et resultat for hver prøve, indsamle mindst 25 EDX spectra at undersøge den elementære sammensætning.
    4. Før du starter den kemiske analyse på en given lokalitet af modellen, bruge kobber til den spektrale kalibrering. Endelig, gennemsnitlige værdier målt på forskellige steder af hver prøve, for så vidt angår EDX tilknytningen, bruger 2 h erhvervelse tid.

Representative Results

Pose celler (operationelle spændingsområde mellem 2,50-3.70 V) med en nominel kapacitet paa 6 Ah har været brugt i denne undersøgelse. Resultaterne fra deres elektrokemiske karakterisering er opdelt i tre sektioner: i) cykling på samme opladning og afladning temperaturer (trin 1.1), ii) cykling på forskellige frigørende temperaturer (og samme afgift temperatur) (trin 1.2) og iii) cykling på forskellige opladning temperaturer (og samme decharge temperatur) (trin 1.3).

Kapacitet opbevaring vs samlede cyklus nummer når Tc = Td er vist i figur 1en. Et hul kan observeres efter hver 25 cykler (for 4 cyklusser) svarer til reference cykel test. En yderligere bemærkning baseret på grafen er det ganske ualmindeligt adfærd på Tc = Td ved-20 ° C test betingelser. Efter hver blok af 25 cykler, der er en drastisk reducering af kapacitet og derefter en rekreation i referenceperioden cykling (gjort ved 25 ° C). For de andre temperatur-kombinationer, der vises på grafen, er henfald i kapacitet observeret. Dette er mest udtalt for (30 ° C, 30 ° C) kombination. Ligeledes henvise cykling påvirker nedbrydning tendens til den langsigtede test. CR falder 0,5 - 1,0% efter reference cyklus test er > 12 ° C og øges marginalt, når den cykling er < 12 ° C.

Samlet, den CRlangsigtede følger rækkefølge (gennemsnitsværdien for de duplikerede test) fra mere til mindre skadeligt i forhold til start udførelsen af cellen: 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). Når reference cyklus prøvning anses, nedbrydningen følger rækkefølgen: 86% (30 ° C, 30 ° C), 94-95% (5 ° C, 5 ° C), (12 ° C, 12 ° C) og (-5 ° C,-5 ° C), og 96,5% (-20 ° C, -20 ° C) (tabel 1).

Figur 1 b viser aldersfordelte med hensyn til kapacitet opbevaring (%) vs temperatur på cykling for alle prøverne evalueres når Tc = Td. Begge henvisningen cykling og den langsigtede aldrende vises og udstyret til en andengrads polynomium efter ligning (3). Resultatet svarer til den CRlangsigtet for (-20 ° C,-20 ° C) blev kasseret fra montering på grund af den observerede ejendommelige adfærd, som klart ikke følger tendensen.

Figur 2 en viser decharge profiler under de langsigtede cykling. På en lav C-sats [0.3 C (reference cykling) i forhold til 1 C (langsigtede cykling)] og højere temperatur [25 ° C (reference cykling) i forhold til-5 ° C (langsigtede cykling)], ekstra egenskaber vises i udledning kurve (figur 2b ), med tre plateauer spænder 3.15-3.30 V. Når den cykling udvikler sig, er der et træk af plateauer lavere kapacitet og en lille ændring på spændingen af plateauer potentiale.

Figur 3 en viser kapacitet udviklingen med cykling for celler nr. 17 og 18 og nr. 19 og 20, hvor Tc = 30 ° C og Td =-5 ° C og 30 ° C, henholdsvis. Data for de duplikerede test er præsenteret med hensigten at bevise repeterbarhed. Lignende adfærd blev observeret for dubletterne, således i følgende vises kun én testresultat og CR -værdier vedrører den gennemsnitlige værdi. Langsigtet cykling gør cellen evne til at reducere til to temperatur kombinationerne, med en højere nedbrydning ved (30 ° C 30 ° C) i forhold til 30 ° C,-5 ° C, 86% i forhold til 90% (tabel 1). Den modsatte tendens er fundet når sammenligne henvisningen cykler [celler nr. 19 og 20 (30 ° C, 30 ° C på 86% og celler nr. 17) og 18 (30 ° C og -5 ° C) på 82%, tabel 1]. For enden af den cykling syntes nogle bump på celler nr. 17 og 18. En post mortem-evaluering af prøver, der opsamlet fra celle nr. 17 blev udført for at forstå arten af disse bump. Resultaterne er vist og diskuteret i resultaterne. Det skal bemærkes, at bump udviklet i løbet af tid og var også synlige i flere andre celler, der er testet på forskellige kombinationer af temperatur (ikke vist her).

Figur 3 b viser resultaterne svarer til celler No. 3 og No. 5, med den samme Tc =-5 ° C, og en anden Td =-5 ° C og 30 ° C, henholdsvis. Efter 100 cyklusser, kapacitet opbevaring (100% og 91%, henholdsvis) er højere på (-5 ° C,-5 ° C) end på (-5 ° C, 30 ° C). Testene skal udføres, når der anvendes samme Tc og forskellige Td vises i figur 3c [celler nr. 11 (12 ° C, -10 ° C) og No. 13 (12 ° C, 12 ° C)]. Efter 100 cyklusser viser kapacitet opbevaring næsten ingen forringelse for den første celle og 96% for andet.

Når der bruges samme Td (30 ° C) og forskellige Tc (-5 ° C og 30 ° C), usædvanligt kapacitet vises i figur 4en (celler nr. 5 og nr. 19). Efter 100 cyklusser er tilbageholdelse i kapacitet højere for de celler cyklet ved forskellige temperaturer (omkring 91%) end for celler cyklet ved samme temperatur (ca. 86%) (Tabel 1).

En langsigtet vurdering på Td =-5 ° C og Tc = 30 ° C og -5 ° C, henholdsvis (cellerne No. 3 og nr. 17) er præsenteret i figur 4b. På den samme Td, Tc = 30 ° C er mere skadeligt end Tc =-5 ° C, som tidligere nævnt. Opretholdelsen i kapacitet efter 100 cyklusser er tæt på 100% for at cykle på (-5 ° C,-5 ° C) og 90% for cykling på (30 ° C,-5 ° C) (tabel 1).

Endelig, arbejdsindsats når Td =-20 ° C vises i figur 4c (celler No. 1, No. 7, og nr. 15 med Tc =-20 ° C, 0 ° C og 15 ° C, henholdsvis). Dataene, når cykling på (-20 ° C,-20 ° C) var tidligere forklaret. Et lignende resultat opstår i denne figur, men til en lavere grad. Denne effekt er også blevet opdaget af andre40. Opretholdelsen i kapacitet sortiment er 90-102% relativ til CRlangsigtede og ∼96% i forhold til CRref.

En visuel undersøgelse af celle nr. 17 (Tc = 30 ° C, Td =-5 ° C) viste signifikant store bump dele (de hvide pile i tal 5a og 5b). Desuden konstateredes en zone af piblede struktur i bunden af posen og grafit elektroderne (den røde cirkel, tal 5a og 5b). Denne celle præsenteret den højeste sats for nedbrydning og den laveste fastholdelse i kapacitet i forhold til CRref (tabel 1).

Prøver fra anode og katode elektroderne var høstet i 3 separate områder; bump, de piblede og de centrale områder (sidstnævnte med ingen synlige mangler). Friske celler (efter dannelsen) var også åbnet og undersøgt til sammenligningsformål.

Figur 6 viser SEM billeder af de høstede anode materialer. Tal er det indlysende, at forskellige morfologiske karakteristika kan skelnes.

Figure 1
Figur 1 . Kapacitet tilbageholdelser. (en) dette panel viser kapacitet opbevaring efter 100 cyklusser på samme oplade og aflade temperaturer. (b) dette panel viser kapacitet opbevaring (i forhold til langsigtet aldring og reference cykling) vs temperatur. Celle forsøg: nr. 1 (-20 ° C, -20 ° C), nr. 3 (-5 ° C, -5 ° C), nr. 9 (5 ° C, 5 ° C), nr. 13 (12 ° C, 12 ° C) og No. 19 (30 ° C, 30 ° C). Dette tal er blevet ændret fra Ruiz et al. 39. venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2. Decharge profiler for celler: nr. 17 (30 ° C, -5 ° C). (en) dette panel viser den langsigtede cykling med (en C-sats 1 c) og en temperatur på-5 ° C. (b) dette panel viser referencen cykling med (en C-sats på 0,3 C) og en temperatur på 25 ° C. Dette tal er blevet ændret fra Ruiz et al. 39. venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3. Kapacitet opbevaring til celler med samme TC og forskellige Td. Disse paneler viser kapacitet tilbageholdelser og effekt af varierende decharge temperatur af celler (en) No. 17 og 18 (30 ° C og -5 ° C) og nr. 19 og 20 (30 ° C, 30 ° C), (b) No. 3 (-5 ° C, -5 ° C) og No. 5 (-5 ° C, 30 ° C) , og (c) nr. 11 (12 ° C, -10 ° C) og No. 13 (12 ° C, 12 ° C). Dette tal er blevet ændret fra Ruiz et al. 39. venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4. Kapacitet opbevaring til celler med forskellige TC og samme TD . Disse paneler vise kapacitet tilbageholdelser og effekten af varierende afgift temperaturer på celler (en) No. 5 (-5 ° C, 30 ° C) og No. 19 (30 ° C, 30 ° C), (b) No. 3 (-5 ° C, -5 ° C) og nr. 17 (30 ° C, -5 ° C) og (c) No. 1 (-20 ° C -20 ° C), nr. 7 (0 ° C, -20 ° C) og No. 15 (15 ° C-20 ° C). Dette tal er blevet ændret fra Ruiz et al. 39. venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5. Post-mortem evalueringer for celle nummer 17. Disse paneler viser (en) en pose celle efter 100 cyklusser, og (b) en anode elektrode efter åbning/høst. De hvide pile angiver bump test og den røde cirkel angiver en krusning område. Begge funktioner blev genereret under elektrokemiske test. De ydre dimensioner af cellen pose er 250 mm x 164 mm. Dette tal er blevet ændret fra Ruiz et al. 39. venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 6
Figur 6. SEM billeddannelse. Disse paneler viser SEM imaging ved lave og høje forstørrelser for (en) et frisk anoden (celle nr. 17) (b) bump zone og (c) centrale zone, og (d) den høstede anoden (celle nr. 17) på (e) bump zone og (f ) centrale zone. De næste paneler viser sekundære elektroner SEM imaging (g) et frisk og for den høstede anode fra celle nr. 17 (h) bump zone og (jeg) centrale zone (indsætte: en kortlægning med EDX angiver Cu-rige nanopartikler). Dette tal er blevet ændret fra Ruiz et al. 39. venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 7
Figur 7 . Overflade monteret [eq. (4)] og eksperimentelt beregnede priser på nedbrydning (prikker) i feltet lade/aflade temperatur fra reference cyklusser (R2 = 0,92). n = antal cyklusser. Rød angiver en lavere sats for nedbrydning og blå en højere sats for nedbrydning. Dette tal er blevet ændret fra Ruiz et al. 39. venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Celle test nr. TC /° C TD /° C ΔT /° C C1 AK CRlangsigtede (%) Cjeg AK R@1000Hz/ Ohm CRref (%) DR (Ah n-1) / Ah
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
* efter 95 cyklusser, gråzone angiver testprotokoller hvor Tc = Td

Bord 1. Bedømmelse og beregnede parametre for cellerne testet på forskellige kombinationer af temperatur. [Tc/° C: temperatur vederlagsfrit, Td/° C: temperatur af decharge, ΔT/° C: | Td - Tc |, C1AK: første cyklus kapacitet på de langsigtede ældning, CRlangsigtede (%): kapacitet opbevaring i forhold til den første cyklus, K,jegAK: indledende kapacitet beregnes af den reference cyklus, CRref (%): kapacitet opbevaring i forhold til den første reference cyklus, DR (Ah n-1) / Ah: nedbrydning sats beregnet fra reference cyklussen efter 100 cyklusser (lineær tendens antages), n = antal cyklusser.]

Supplementary Files
Supplerende filer. Screenshots af software usage. Venligst klik her for at downloade denne fil.

Discussion

Funktionsmåden for cykling på (-20 ° C,-20 ° C) (figur 1en) kan være tilskrives til (i) kinetic restriktioner under opladning (en reduceret ion diffusion, en underprivilegerede afgift overførsel modstand på grænsefladen af elektrode/elektrolyt41, en reduceret ion ledningsevne, en afgift ubalance, osv.) og/eller (ii) lithium plating når opladning ved lave temperaturer kan hurtigt diffuse når cykling på høje temperaturer42. Når temperaturen er tilbage til 25 ° C, ion diffusion er øget, og der er en ækvilibrering af ubalanceret tilstand. Dette ville føre til en kapacitet opsving. En lignende adfærd blev ikke fundet i litteraturen. For typen celler under undersøgelsen, er denne kombination af temperatur ikke anbefalet til en kontinuerlig cykling på grund af hurtig kapacitet henfald, selv om der er nogle delvis genopretning af kapacitet efter visse opsving tid ved stuetemperatur.

På den anden side celler cyklet ved (12 ° C 30 ° C) var uønskede påvirket af afbrydelse at cykle reference evaluering (dette utvivlsomt forlænger den samlede testtid) (figur 1en). Disse prøver lidt fra nedbrydning siden begyndelsen af den cykling og de kan være mere modtagelige for yderligere nedbrydning, når man sammenligner dem med prøver cyklet på < 12 ° C.

Den langsigtede aldring med Tc = Td viste en tæt anden orden polynomiel forholdet mellem fastholdelse i kapacitet og testning temperatur (for rækken-5 ° C til 30 ° C, figur 1b). Omar et al. 12 viste en lignende adfærd (i temperaturområdet fra-18 ° C til 40 ° C). Værdi på (-20 ° C,-20 ° C) blev ikke taget hensyn, som dens adfærd er drastisk forskellige fra den generelle tendens. Det fremgår af kapacitet målinger af CRref, at cykling i interval-20 ° C til 15 ° C påfører lille nedbrydning (figur 1b). De forskellige adfærd udvist af CRref og CRlangsigtede kan forklares som de er beregnet på prøvninger ved forskellige temperaturer og forskellige C-priser. Således, de er følsomme over for forskellige processer: uafvendelige aldring (konsekvenserne af nedbrydningen er evig)12,43 og reversible aldring [konsekvens af aldring kan blive restaureret (f.eks.udvidet resten gange)]. Det kan overvejes, at på den ene side CRref er følsomme for irreversibel nedbrydning og på anden side CRlangsigtede er følsom over for både reversibel og irreversibel nedbrydning.

Decharge profiler under de langsigtede test forblive sammenlignelige (figur 2en); den væsentligste forskel er > 3 Ah (en dråbe i den decharge kapacitet)8. For reference cykling (figur 2b), tre plateauer kan observeres i intervallet 3.15-3.30 V, svarer til spænding forskellen mellem katoden (3.43 V svarende til de redox par Fe3 +/Fe2 +)44 og intercalation faserne af anoden45,46. Når du cykler, er der en forskydning til lavere kapacitetsværdier, på grund af forbruget af cyclable lithium eller en materialet nedbrydning som følge af ældning47.

Når cykling på en given Tc, konstateredes det, at den langsigtede stabilitet er højere på en lavere Td. Dette er i overensstemmelse med den generelle tendens, at højere temperaturer føre til en højere nedbrydning. Dette blev observeret for de tre par af kombinationer evalueres og vises i tal 3a - 3 c. Således er cykling på Td = 30 ° C fører til en højere nedbrydning end Td =-5 ° C, Tc er de samme. På samme måde, Td = 12 ° C er mere krævende end Td =-10 ° C, når Tc er den samme (12 ° C).

I nogle tilfælde fundet nedbrydning tendens for referencen cykling er modsat, at vist for den langsigtede cykling. Dette er en sag for (30 ° C,-5 ° C) vs (30 ° C, 30 ° C) og (12 ° C-10 ° C) vs (12 ° C, 12 ° C) cykling. Reference cyklus vurdering viser kun den uoprettelige fornedrelse, mens den langsigtede aldring er påvirket af både irreversibel og reversible effekter. Udover 1 C cykling fører til højere ohmske dråber (højere ved lavere temperaturer). Hvis celler adfærd testet ved (30 ° C,-5 ° C) er i forhold til cellerne testet på (-5 ° C, 30 ° C), kan det konkluderes at i begge tilfælde er en tilsvarende nedbrydning [CRlangsigtede omkring 90% (tabel 1)]. Dog viser CRref en lavere nedbrydning på (-5 ° C, 30 ° C). Under disse betingelser (dvs.en given Td) betyder en højere Tc mere nedbrydning, som det fremgår af tallene 4a og 4b. TC = 30 ° C cykling nedbryder cellerne mere i forhold til Tc =-5 ° C (når Td er det samme). Dette er i overensstemmelse med fortolkningen af data for andre cykling betingelser tidligere drøftet.

Som et resumé, kan det konkluderes, at cykling på (-5 ° C,-5 ° C), (0 ° C-20 ° C), (5 ° C, 5 ° C), (12 ° C, -10 ° C) og (15 ° C-20 ° C) over 100 cyklusser førte til næsten ingen forringelse. Prøverne testet på Td =-20 ° C viste sig at være stabil (opsving i kapacitet ved + 25 ° C, figur 4c), gør disse prøver egnet til sub rum temperatur applikationer. Denne kapacitet opsving er mindre imponerende, når stigende Tc. Adfærd vist af dette sæt af prøver, der indikerer, at der er en stor del af Vendbar ødelæggelse ved lave temperaturer (kinetic komponent).

Den første betingelse af overfladen af anoden materiale (grafit) er typisk glat (tal 6a og 6 d). Efter cykling, roughens overfladen, også observeret af andre48. Ændringen i morfologi er mere oplagt i den stødte zone (tal6b og 6e) i forhold til den centrale del af elektrode (tal 6 c og 6f). Når forstørrelsen er øget, er halvkugleformet partikler synlige i zonen bumper (fig. 6e). Disse strukturer har en gennemsnitlig diameter på 35 til 175 nm og er også blevet observeret af andre49,50,51. I disse undersøgelser, har de fået tildelt til plating kornede metallisk Li partikler49,50 , SEI lag vokser50. En mulig forklaring på denne platting kan tildeles: (i) en vis grad af overprisen som beskrevet af Lu et al. 49 (10% overlithiation) eller (ii) inhomogene kompression på elektroder som som Bach et al. har undersøgt 52.

Sekundære elektron SEM skildrer lyse partikler fordelt i en cyklet anoden (figur 6i). Disse partikler er mindre synlig i det piblede zone (supplerende data, figurS1) og er ikke synlige i zonen bump (figur 6 h). EDX undersøgelser identificeret disse partikler som metallisk Cu (Se indsætte i figur 6,jeg og supplerende data i Figur S2). Det er muligt, at Cu (nuværende collector) opløses og udfældes på elektroden (f.eks.aktuelle collector korrosion opstår reaktivitet med elektrolytten, og når anoden potentielle er for positiv vs Li/Li+) 28. i zonen bumper spor af Cu koncentration over baggrunden signal har været også abserved. Det er kan være spekuleret på, at for nogle grund, betingelserne i den pågældende zone ikke favoriserer udfældning af Cu. Spor af Fe er endelig også blevet målt. Dette kan tilskrives opløsningen af jern fra katode materiale (LiFePO4), som er identificeret af andre48,53,54. LiPF6 baseret elektrolytter (HF spor)55, en evaluering af cyklet katoden viste ingen ændringer i forhold til det friske materiale (supplerende materiale, Figur S3). Yderligere er eksperimenter i gang for at karakterisere yderligere disse katode materialer.

Nedbrydningshastigheder (DRs) fra tabel 1 beregnet ud fra CRref blev plottet vs test temperaturer (opladning og afladning), derefter monteres af metoden mindst-pladsen (2D). Figur 7 viser overflade-montering genereret, hvor prikker er den målte DRs. Datasættet var opdelt i læring og verifikation datasæt for montering. Et polynomium funktion var valgte (bedste R2). Rød repræsenterer betingelser med lavere DRs og blå repræsenterer betingelser med højere DRs. Den resulterende model ligning er:

(4)Equation 4Equation 5

Den statistiske signifikans af polynomium koefficienter, bekræftet af ANOVA, fører til et kvadratisk forhold af DR med Tc og en lineær sammenhæng med Td.

Andre observationer, der kan være nyttigt, hvis passende programmer skal være valgt: når Tc er omkring15 ° C, DR er ikke afhængige af Td; Når Tc < 15 ° C, en højere nedbrydning sker på en højere Td; Når Tc > 15 ° C, en lavere nedbrydning sker ved en højere Td; den laveste DR svarer til (Tc =-7 ° C, Td =-20 ° C); den højeste DR svarer til (Tc = 30 ° C, Td =-20 ° C) eller (Tc =-20 ° C, Td = 30 ° C).

Resultaterne præsenteres i dette arbejde kan være relevant for udformningen af fremtidige standarder og forskrifter for at repræsentere mere realistiske scenarier. Yderligere eksperimenter ved hjælp af andre kemi er nødvendige for at kontrollere gyldigheden af disse konklusioner for at finde en optimal driftsområde afhængigt af programmet. Yderligere arbejde vil evaluere virkningerne af kalender aldring.

Disclosures

Forfatterne Matteo Destro og Daniela Fontana er medarbejdere i Lithops S.r.l, der producerer de battericeller, der bruges i denne artikel. Andre forfattere har intet at videregive.

Acknowledgments

Forfatterne takke Marc Steen og Lois Brett for deres fremragende støtte gennemgå dette håndskrift.

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).
Effekten af opladning og afladning Lithium Iron fosfat-grafit celler ved forskellige temperaturer på nedbrydning
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).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