Name: the effect of charging and discharging lithium iron phosphate-graphite cells at different temperatures on degradation
Uploaded: 2018-07-18T14:00:00
Duration: 10 min 41 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about The Effect of Charging and Discharging Lithium Iron Phosphate-graphite Cells at Different Temperatures on Degradation at JoVE.com

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

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

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

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

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

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:828px;" width="828">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">artificial graphite&#160;</td>
			<td style="width:169px;">IMERYS</td>
			<td style="width:269px;"></td>
			<td style="width:167px;">D50 about 6&#160;&#181;m. Catalog number cannot be disclosed for propietary reasons</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">lithium iron phosphate</td>
			<td style="width:169px;">BASF</td>
			<td style="width:269px;"></td>
			<td>D50 about 11&#160;&#181;m. Catalog number cannot be disclosed for propietary reasons</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Cu foil&#160; &#160;</td>
			<td style="width:169px;">Schlenk</td>
			<td style="width:269px;"></td>
			<td>16&#160;&#181;m thickness. Catalog number cannot be disclosed for propietary reasons&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Al foil</td>
			<td>Showa Denko</td>
			<td style="width:269px;"></td>
			<td>20&#160;&#181;m thickness. Catalog number cannot be disclosed for propietary reasons&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">separator&#160;</td>
			<td style="width:169px;">Celgard</td>
			<td style="width:269px;"></td>
			<td>separator. Catalog number cannot be disclosed for propietary reasons</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Maccor cycler</td>
			<td style="width:169px;">Maccor</td>
			<td style="width:269px;">Maccor Series 4000&#160;</td>
			<td>Battery cycler</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">BIA chamber</td>
			<td style="width:169px;">BIA</td>
			<td style="width:269px;">BIA MTH 4.46&#160;</td>
			<td>environmental temperature chambers</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">SEM</td>
			<td style="width:169px;">Carl Zeiss, Germany</td>
			<td>ZEISS SUPRA 50</td>
			<td>Scanning Electron Microscope</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">EDAX</td>
			<td>Oxford Instruments, UK</td>
			<td>&#160;Oxford X-MaxN 80&#160;</td>
			<td>Energy Dispersive X-ray spectrometer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">SDD</td>
			<td>Oxford Instruments, UK</td>
			<td style="width:269px;">AZtec software</td>
			<td>Drift detector&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

the effect of charging and discharging lithium iron phosphate-graphite cells at different temperatures on degradation

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

Watch this Scientific Journal Video about The Effect of Charging and Discharging Lithium Iron Phosphate-graphite Cells at Different Temperatures on Degradation at JoVE.com

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

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

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

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

Isolation and Chemical Characterization of Lipid A from Gram-negative Bacteria

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

Lipopolysaccharide (LPS) is the major cell surface molecule of gram-negative bacteria, deposited on the outer leaflet of the outer membrane bilayer. LPS ...

Optimization of Synthetic Proteins: Identification of Interpositional Dependencies Indicating Structurally and/or Functionally Linked Residues

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

Protein alignments are commonly used to evaluate the similarity of protein residues, and the derived consensus sequence used for identifying functional ...

Epitaxial Growth of Perovskite Strontium Titanate on Germanium via Atomic Layer Deposition

Epitaxiaal Groei van Perovskite Strontiumtitanaat op Germanium via Atomic Layer Deposition

Atomic layer deposition (ALD) is a commercially utilized deposition method for electronic materials. ALD growth of thin films offers thickness control and ...

Extraction and Purification of Polyphenols from Freeze-dried Berry Powder for the Treatment of Vascular Smooth Muscle Cells In Vitro

Extraction and Purification of Polyphenols from Freeze-dried Berry Powder for the Treatment of Vascular Smooth Muscle Cells In Vitro

Extractie en zuivering van polyfenolen uit bevroren gedroogde bessenpoeder voor de behandeling van vasculaire gladde spiercellen<em&gt; In Vitro</em

Epidemiological studies indicate that increased flavonoid intake correlates with decreased mortality due to cardiovascular diseases (CVD) in the United ...

The Effect of Interfacial Chemical Bonding in TiO2-SiO2 Composites on Their Photocatalytic NOx Abatement Performance

The Effect of Interfacial Chemical Bonding in TiO2-SiO2 Composites on Their Photocatalytic NOx Abatement Performance

Het effect van interfaciale chemische binding in TiO<sub&gt; 2</sub&gt; -SiO<sub&gt; 2</sub&gt; Composieten op hun fotokatalytische NOx Abatement Performance

The chemical bonding of particulate photocatalysts to supporting material surfaces is of great importance in engineering more efficient and practical ...

The Effect of Ultraviolet Radiation on the Chemical Bath Deposition of Bis(thiourea) Cadmium Chloride Crystals and the Subsequent CdS Obtention

The Effect of Ultraviolet Radiation on the Chemical Bath Deposition of Bisthiourea Cadmium Chloride Crystals and the Subsequent CdS Obtention

Het Effect van ultraviolette straling op de depositie van chemische bad van Bis(thiourea) Cadmium Chloride kristallen en de latere CdS bijeenbrengen

In this work, the effects on the preparation of bis(thiourea) cadmium chloride crystals when illuminated with ultraviolet (UV) light at a wavelength of ...

Automated 90Sr Separation and Preconcentration in a Lab-on-Valve System at Ppq Level

Automated 90Sr Separation and Preconcentration in a Lab-on-Valve System at Ppq Level

Geautomatiseerde 90Sr scheiding en Preconcentration in een Lab-op-Valve-systeem op het niveau van de Ppq

A quick, automated and portable system for the separation and determination of radiostrontium in aqueous samples, using Sr-resin and multi sequential flow ...

Extraction of Lignin with High &#946;-O-4 Content by Mild Ethanol Extraction and Its Effect on the Depolymerization Yield

Extraction of Lignin with High ÃƒÆ’Ã…Â½Ãƒâ€šÃ‚Â²-O-4 Content by Mild Ethanol Extraction and Its Effect on the Depolymerization Yield

Extractie van lignine met een hoog gehalte van de β-O-4 door milde Ethanol extractie en het Effect daarvan op het rendement van de Depolymerization

Lignin valorization strategies are a key factor for achieving more economically competitive biorefineries based on lignocellulosic biomass. Most of the ...

Synthesis of Terpolymers at Mild Temperatures Using Dynamic Sulfur Bonds in Poly(S-Divinylbenzene)

Synthesis of Terpolymers at Mild Temperatures Using Dynamic Sulfur Bonds in PolyS-Divinylbenzene

Synthese van terpolymers bij milde temperaturen met dynamische zwavel bindingen in poly (S-divinylbenzeen)

Elemental sulfur (S8) is a byproduct of the petroleum industry with millions of tons produced annually. Such abundant production and limited applications ...

Isotopic Effect in Double Proton Transfer Process of Porphycene Investigated by Enhanced QM/MM Method

Isotopic effect in dubbele Proton overdracht proces van Porfycene onderzocht door verbeterde QM/MM-methode

The single deuterium substitution in porphycene leads to an asymmetric molecular geometry, which may affect the double proton transfer process in the ...