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

Die Autoren danken Marc Steen und Lois Brett für ihre hervorragende Unterstützung dieser Handschrift zu überprüfen.

Hinweis: Das Protokoll folgte in dieser Arbeit wird im Ruiz Et Al. im Detail erklärt. 39. eine Zusammenfassung der wichtigsten Schritte wird weiter unten beschrieben.
(1) Beutel Zelle Vorbereitung und Bildung
<ol><li>Pouch-Zellen im Format B5, nachdem die Dimension von 250 mm x 164 mm mit einer ca. 4 mm Dicke, mit künstlicher Graphit als anodenmaterial, Lithium-Eisen-Phosphat (LFP) als Kathodenmaterial und 25 µm dicken Polypropylen Trennzeichen zu fabrizieren.</li>
	<li>80 g Elektrolyt verwenden: 1 M LiPF6 in Ethylen Karbonat: Diethyl Carbonat (2:3 w/w) mit 1 % Vinylene Karbonat. Hinweis: Die Beutel Zelle Herstellung erfolgte in einer semi-automatische industrielle Pilotlinie bestehend aus den folgenden Schritten: ich) eine Gülle-Vorbereitung, enthält die folgende aktiven Material: Graphit für die Anode und LFP für die Kathode ein Bindemittel, und leitfähigen Zusatzstoffe im Labormaßstab Mixer, Ii) eine Gülle-Beschichtung auf die Stromabnehmer (Alu-Folie und Kupfer Folie, für die Kathode und Anode Elektroden, beziehungsweise), Iii) ein Kalandrieren für eine optimierte elektrodenleistung an, z.B., Elektrode Dichte, Porosität, Dicke, Elektronische Leitfähigkeit und Impedanz, gefolgt von iv) Montage, Elektrolyt, füllen und verschließen.</li>
	<li>Die Bildung der Zelle führen. Erstellen Sie ein Rad Protokoll mit der Batterie-Cycler-Software mit den folgenden Schritten.<ol>
<li>Verwenden Sie die bauen Testfunktion von Akku-Cycler-Software. Klicken Sie auf die neue Datei -Symbol (siehe blauen Pfeil in ergänzende Datei 1a).</li>
		<li>Jede Zeile im Protokoll Code bezieht sich auf einen Parameter des Radsports (z.B. Rest Zeit und Cut-Off Spannung) (ergänzende Datei 1 b). Füllen Sie jeden Schritt wie zum Ausführen einer zweistufigen Strom-Konstante Konstantspannung (CC-CV) aufladen bei 0,1 C bis 3,6 V, mit einem aktuellen 10-mA-Cutoff und ein CC bei 0,1 C bis 2,5 V entladen erforderlich. Berechnen Sie nach der Gründung Schritt die Batteriezellen in eine 30 % Ladezustand (SOC). Klicken Sie auf die Schaltfläche " Speichern " und geben Sie einen Dateinamen.</li>
		<li>Markieren Sie die Zelle, indem Sie auf den entsprechenden Kanal (siehe blauer Pfeil Nr. 1 in ergänzende Datei 2) gefahren werden. Dieser Kanal wird in der Spalte "Status" als "ausgewählten" markiert. Klicken Sie auf den Betriebsschalter (siehe blauer Pfeil Nr. 2 in ergänzende Datei 2) oben auf der Symbolleiste.</li>
		<li>Wählen Sie das Protokoll (siehe blauer Pfeil Nr. 1 in ergänzende Datei 3), die Kapazität (Ah) der Zelle (siehe blauer Pfeil Nr. 2 zusätzliche Datei-3) und weisen eine Kammer (siehe blauer Pfeil Nr. 3 zusätzliche Datei-3). Definieren Sie einen gültigen Dateiname, und klicken Sie auf die Schaltfläche " starten ".</li>
	</ol>
</li>
</ol>(2) Zelle Befestigung vor dem elektrochemischen Test
<ol><li>Platzieren Sie jede Zelle in entsprechende Halterung bestehend aus zwei starren Platten (mit einer Breite und Länge von 300 mm x 300 mm, bzw., und einer Dicke von 12 mm) aus Polycarbonat hergestellt.</li>
	<li>Legen Sie ein Thermoelement in der Mitte einer der Seiten der einzelnen Zellen innerhalb der Inhaber, die Oberflächentemperatur Variationen zu überwachen.</li>
	<li>Legen Sie die Zellen und die Armaturen in einem Temperatur-Kammer, die Umgebungstemperatur während des Experiments zu kontrollieren. Platzieren Sie zwei Zellen nach einer identischen Protokoll in der gleichen Temperatur-Kammer.</li>
	<li>Schließen Sie die Zellen über einen 4-Draht-Anschluss an der Cycler.</li>
</ol>3. elektrochemische Radfahren
<ol><li>
Handy-Klimaanlage
	<ol>
<li>Stellen Sie die Temperatur bei 25 ° C in der Klimakammer. Lassen Sie mindestens 12 h um eine thermische Gleichgewichtherstellung zu gewährleisten.</li>
		<li>Führen Sie drei Lade-/Entlade-Zyklen mit einem Batterie-Cycler.<ol>
<li>Erstellen Sie ein Protokoll für die Batterie-Cycler, folgende Schritte 1.3.1 und 1.3.2. In diesem Fall stellen Sie die Protokoll-Schritte, um eine CC-CV aufladen bei 0,1 C (von der Nennkapazität) bis zu 3,7 V (der CV-Phase bis 0,01 C oder 1 h), dann CC Entlastung bei 0,1 C bis 2.7 V. Verwendung einer 30 min Ruhezeit nach jedem Rad.</li>
			<li>Führen Sie Schritte 1.3.3 und 1.3.4 für die Auswahl von Kanal und Protokoll.</li>
			<li>Wenn zwei Zellen in der gleichen Temperatur Kammer (zwei Zellen nach dem gleichen Protokoll) eingefügt werden, wählen Sie die beiden entsprechenden Kanäle zur gleichen Zeit. Dies garantiert die Synchronisation von Radfahren und Kammer Temperaturzustand für die beiden Zellen.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Führen Sie einen Referenz-Zyklus (Schritt 3.2) und verwenden Sie es für die Beurteilung der Anfangskapazität (Cich) (Tabelle 1).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Verweisen, Radfahren
	<ol>
<li>Die Referenz Radfahren als Teil der Zelle Konditionierung (Schritt 3.1.3) und in regelmäßigen Abständen durchzuführen (d.h., langfristige folgenden 25 Altern Zyklen, siehe unten).</li>
		<li>Stellen Sie die Temperatur der Kammer bei 25 ° C, wenn Tests bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt wird, und lassen Sie genügend Zeit für eine thermische Stabilisierung (< 1 Kh-1).</li>
		<li>Führen Sie zwei CC-Lade/Entlade-Zyklen, die mit einem Akku-Cycler.<ol>
<li>Erstellen Sie ein Protokoll für die Batterie-Cycler mit der Software folgende Schritte 1.3.1. und 1.3.2. In diesem Fall stellen Sie die Protokoll-Schritte, um eine CC aufladen-entladen bei 0,3 C (z. B.IEC 62660-1:2011)13. Planen Sie nach jedem Rad Schritt zusätzliche Zeit für eine Temperaturstabilisierung (< 1 Kh-1).</li>
			<li>Führen Sie Schritte 1.3.3 und 1.3.4 für die Auswahl von Kanal und Protokoll.</li>
			<li>Wenn zwei Zellen in der gleichen Temperatur Kammer (zwei Zellen nach dem gleichen Protokoll) eingefügt werden, wählen Sie die beiden entsprechenden Kanäle zur gleichen Zeit. Synchronisation von Radfahren und Kammer Temperaturzustand für die beiden Zellen gewährleistet.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Langfristige (Alterung)
	<ol>
<li>Führen Sie 100 Lade-/Entlade-Zyklen. Erstellen Sie ein Protokoll für die Batterie-Cycler mit der Software folgende Schritte 1.3.1 und 1.3.2. In diesem Fall stellen Sie die Protokoll-Schritte, um eine CC-CV Ladung von 1 C bis zu 3,7 V (CV Phase bis 0,1 C oder 1 h) und ein CC Entladung von 1 C bis zu 2,7 V mit einer konstanten Temperatur während der Ladung (Tc) und während der Entladung (Td).</li>
		<li>Führen Sie Schritte 1.3.3 und 1.3.4 für die Auswahl von Kanal und Protokoll.</li>
		<li>Die langfristige Alterung bei verschiedenen Temperatur-Kombinationen (10) für 100 Lade-/Entlade-Zyklen aus Schritt 3.3.1 durchführen, in der Temperatur reicht von-20 ° C bis 30 ° C durch DOE D-Optimierung36 entwickelt (siehe Testmatrix in Tabelle 1) (minimale Fehler der Vorhersage). Legen Sie eine Ruhezeit in das Prüfprotokoll von 30 min nach jedem Laden oder entladen Schritt beim Tc und Td sind die gleichen (Tests Nr. 1 und 2, 3 und 4, 9 und 10, 13 und 14 und 19 und 20, Tabelle 1). Jedoch wenn Tc und Td unterschiedlich sind festgelegt (Prüfungen Nr. 11 und 12, 5 und 6, 7 und 8, 15 und 16 und 17 und 18, Tabelle 1), eine Ruhezeit, bis die Temperatur innerhalb 1 Kh-1stabil ist.</li>
		<li>Führen Sie einen Referenz-Zyklus nach jedem Satz von 25 Zyklen (siehe Punkt 3.2).</li>
		<li>Wiederholen Sie jeden Test einmal auf eine andere frisch Zelle seine Wiederholbarkeit zu beurteilen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Abbaurate
	<ol>
<li>Bewerten der Zelle Abbau [Kapazität Retention (CR)] mit: (i) die neueste Referenz-Zyklus und die erste Referenz CRRef -Zyklus (siehe Punkt 3.2) und Ii) die Langzeitaufbewahrung Kapazität verglichen mit dem ersten Zyklus, CR langfristige (siehe Punkt 3.3) und den folgenden Gleichungen (1 und 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>Verwenden Sie der Batterie-Cycler-Clientsoftware für den Radsport Datenzugriff. Zuerst wählen Sie die Vorlage für die Visualisierung ( ergänzende Datei4 Öffnen der Datei), und wählen Sie den Dateinamen im Schritt 3.1.2 oder 3.2.3 definiert, wo dies angebracht. Hinweis: Zusätzliche Datei 5 zeigt ein Beispiel für den Radsport Daten, mit der Kapazität Retention als eine Funktion der die Zykluszahl (ergänzende Datei 5, obere Grafik) und die Variation des Potentials, und der Strom und Temperatur als Funktion der Zeit (ergänzende Datei 5, untere Grafik). Gleichungen (1) und (2) kann direkt aus den Parzellen mit den Softwarefunktionen ermittelt werden.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Passen die Abbauraten (Dr.) mithilfe von CRRef und die insgesamt Anzahl der Zyklen (d. h., die Referenz-Zyklen und langfristige Zyklen) geht man davon aus, dass die Ladung Tc DR abhängt und Entladen Sie Td Temperaturen bis hin zur quadratischen Ausdruck und Interaktion zwischen diesen Temperaturen in Gleichung (3) wie folgt: (3)<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/57501/57501eq3.jpg"> Hinweis: Parameter Ai und ihre statistische Signifikanz werden anhand eines Least-Square-Fittings und einer ANOVA vorausgesetzt, dass die Messunsicherheit (err) mit einer Abweichung σ einer Normalverteilung folgt. Letzteres sollte von der Verteilung der Restwert des Fit bestätigt werden.<ol>
<li>Verwenden Sie zu diesem Zweck eine Software mit der Funktion "Fit-Modell". Wählen Sie die Option schrittweise (blauer Pfeil Nr. 1 in zusätzliche Datei-6) und wählen Sie die Funktion Max K-Fach RSquare (blauer Pfeil Nr. 2 zusätzliche Datei-6) und klicken Sie auf GO. Dies teilt das Dataset auf einer gleichwertigen Ausbildung Teilmenge und der Einbau erfolgt auf jede Teilmenge separat. Wählen Sie den besten Gesamtwert der RSquare um eine Überanpassung zu vermeiden.</li>
			<li>Klicken Sie auf Marke Modell. Ergänzende Datei 7 zeigt die Ergebnisse der Armatur. Darüber hinaus berechnet die Bedeutung (Berechung) der einzelnen Parameter (einich). Löschen Sie in der Tabelle "Zusammenfassung Effekt" die unwichtigsten Parameter. In diesem Fall zeigte sich ein4 (die quadratische Abhängigkeit der Entlastung Temperatur) als nicht signifikant. Daher wurde es von der weiteren Analyse entfernt. Ergänzende Datei 8 zeigt die endgültige Passform mit den eigentlichen Daten.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. Post-Mortem-Analyse
<ol><li>Zerlegen Sie die Zellen. Führen Sie diesen Schritt in einem Handschuhfach (< 5 ppm für O-2 und H2O) zur Vermeidung von Verunreinigungen in der Luft. Schneiden Sie die Pouch-Zellen mit Keramik Schere. Schneiden Sie kleine Teile der Anode und Kathode Elektroden (5 x 5 mm) und Klebe sie auf Rasterelektronenmikroskop (REM) Probe Baumstümpfen.</li>
	<li>Kontamination vermeiden, indem man der SEM-Probenhalter in einem verschlossenen Behältnis und überträgt es direkt auf die SEM Probenkammer durch, z. B. die Verwendung eines Handschuh Tasche befestigt bis zum Eingang der Kammer, die mit Edelgas gefüllt ist.<ol>
<li>Um die Anfälligkeit der Luft zu reduzieren, pflegen Sie einen Überdruck von Inertgas in Glove Bags.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Prüfen eingehende führen die Morphologie der Elektroden vor und nach dem Radfahren, SEM Bildgebung mittels zwei Detektoren für die Sekundärelektronen: ein Detektor-Objektiv und einem standard Sekundär-Elektronen-Detektor. Verwendung als Beschleunigung Spannung für den Detektor-Objektiv und der Sekundär-Elektronen-Detektor 1 kV und 15 kV, beziehungsweise.</li>
	<li>Charakterisieren Sie für jede Probe mindestens fünf verschiedene Standorte der Probenoberfläche, repräsentative SEM mikrographen haben und potenziellen Inhomogenitäten der Oberfläche zu identifizieren. Für jeden Standort ausführen SEM Bildgebung bei der folgenden Vergrößerungen: 1 kX, 3 kX 5 kX, 10 kX, 20 kX, 50 kX, 75 kX, 100 kX, 150 kX und 200 kX.</li>
	<li>Analysieren Sie die chemische Zusammensetzung jeder Elektrode mit einem Energy Dispersive x-ray (EDX)-Spektrometer mit einem 80 mm2 Silizium Drift Detektor (SDD).<ol>
<li>Verwenden einer Beschleunigungsspannung von 15 kV und einem Arbeitsabstand von 13 mm die Elementaranalyse mit Sekundär-Elektronen-Bilder durchführen.</li>
		<li>Wählen Sie für jedes Material mindestens fünf verschiedenen Orten auf der Probenoberfläche und analysieren Sie ein Minimum von 5 Punkten um Spektren zu erzeugen.</li>
		<li>Verschiedene Vergrößerungen von 2 kX bis hin zu 25 kX, eine semi-quantitative Analyse durchführen und auch bestimmte Partikel oder Strukturänderungen gezielter zu verwenden. Sammeln Sie dadurch für jede Probe ein Minimum von 25 EDX-Spektren, die elementare Zusammensetzung zu untersuchen.</li>
		<li>Verwenden Sie vor Beginn der chemischen Analysis an einem bestimmten Ort eines Exemplars Kupfer für die spektrale Kalibrierung. Schließlich verwenden Mittelwerte gemessen an verschiedenen Standorten jeder Probe in Bezug auf das EDX Mapping 2 h Erfassungszeit.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

Die Autoren Matteo Destro und Daniela Fontana sind Mitarbeiter von Lithops s.r.l, die in diesem Artikel verwendeten Akkuzellen produziert. Die anderen Autoren haben nichts preisgeben.

Das Verhalten für den Radsport bei (-20 ° C,-20 ° C) (Abbildung 1(ein) kann sein zugeschrieben (i) kinetische Einschränkungen während des Ladevorgangs (eine reduzierte Ion Diffusion, einem benachteiligten kostenlos Übergangswiderstand an der Schnittstelle zwischen Elektrode/Elektrolyt41, ein reduziert Ionenleitfähigkeit kostenlos Ungleichgewicht, etc.) und/oder (Ii) Lithium Plattieren, wenn bei niedrigen Temperaturen laden schnell wenn diffundieren kann bei hohen Temperaturen42Radfahren. Wenn die Temperatur wieder auf 25 ° C, die Ionen-Diffusion wird erhöht und gibt es eine Gleichgewichtherstellung der unausgeglichenen Zustand. Dies würde zu einer Kapazität Erholung führen. Ein ähnliches Verhalten wurde in der Literatur nicht gefunden. Für die Art der Zellen untersucht diese Temperatur-Kombination für eine kontinuierliche Radfahren durch schnelle Kapazität Verfall, empfiehlt sich nicht obwohl es einige teilweise Wiederherstellung der Kapazität nach einer gewissen Erholungszeit bei Raumtemperatur gibt.
Auf der anderen Seite Zellen Gefahren (12 ° c, 30 ° C) waren unerwünscht beeinflusst durch die Unterbrechung des Zyklus der Referenzbewertung (dies zweifellos verlängert die gesamte Testzeit) (Abbildung 1(ein). Diese Proben litt Abbau seit Beginn der Radsport und sie könnten anfälliger für weitere Verschlechterung wenn vergleicht sie mit den Proben bei < 12 ° C radelte.
Die langfristige Alterung mit Tc = Td zeigte eine enge zweite Auftrag Polynom Beziehung zwischen der Eigentumsvorbehalt in Kapazität und die Prüfung Temperatur (für den Bereich von-5 ° C bis 30 ° C, Abbildung 1b). Omar Et al. 12 zeigten ein ähnliches Verhalten (im Temperaturbereich von-18 ° C bis 40 ° C). Der Value-at-(-20 ° C,-20 ° C) wurde nicht berücksichtigt, da sein Verhalten drastisch anders als der allgemeine Trend ist. Aus Messungen der Kapazität von CRRefscheint es, dass Radfahren im Bereich von-20 ° C bis 15 ° C wenig Abbau (Abbildung 1b) zufügt. Das unterschiedliche Verhalten von CRRef demonstriert und CRlangfristige kann erklärt werden, da sie auf Tests bei verschiedenen Temperaturen und verschiedenen C-Preiseberechnet werden. Damit sind sie empfindlich auf unterschiedliche Prozesse: irreversiblen Alterung (die Folgen des Abbaus sind unbefristet)12,43 und reversible Alterung [die Folge des Alterns kann sein restaurierten (z. B.Rest verlängert Mal)]. Es kann betrachtet werden, dass auf der einen Seite CRRef empfindlich zu irreversibler Schädigung und auf der anderen Seite ist CRlangfristige ist empfindlich auf reversible und irreversible Schädigung.
Entlastung Profile während der Langzeittest bleiben vergleichbar (Abbildung 2eine); der Hauptunterschied ist > 3 Ah (ein Tropfen in die Abflusskapazität)8. Für die Referenz Radsport (Abbildung 2b), drei Plateaus beobachtet werden im Bereich von 3,15-3.30 V, entspricht die Spannungsdifferenz zwischen der Kathode (3,43 V entsprechend der Redox-paar Fe3 +/Fe2 +)44 und die Interkalation Phasen der Anode45,46. Beim Radfahren, gibt es eine Verschiebung auf niedrigere Kapazitätswerte aufgrund des Verbrauchs des Fahrradweges Lithium oder ein Materialabbau durch Alterung47.
Wenn bei einer gegebenen Tc, Radfahren ergab, dass die langfristige Stabilität mit einer niedrigeren Tdhöher ist. Dies steht im Einklang mit dem allgemeinen Trend, den höhere Temperaturen zu einem höheren Abbau führen. Dies war für die drei Paare von Kombinationen ausgewertet und dargestellt in den Abbildungen 3a - 3 cbeobachtet. So, Radfahren am Td = 30 ° C führt zu einem höheren Abbau als Td =-5 ° C, Tc gleich. In ähnlicher Weise Td = 12 ° C ist anspruchsvoller als Td =-10 ° C beim Tc ist die gleiche (12 ° C).
In einigen Fällen die Abbau-Trend für den Verweis gefunden Radfahren gegenüber, die für die langfristige Radfahren angezeigt ist. Dies ist der Fall für (30 ° C,-5 ° C) vs. (30 ° C, 30 ° C) und (12 ° C,-10 ° C) vs. (12 ° C, 12 ° C) Radfahren. Die Referenz-Zyklus-Bewertung zeigt nur die irreversible Zerstörung während die langfristigen Alterung durch irreversible und reversible Effekte beeinflusst wird. Neben 1 C Rad führt zu höheren ohmschen Tropfen (höher bei niedrigeren Temperaturen). Wenn das Verhalten von Zellen (30 ° c,-5 ° C getestet) ist im Vergleich zu Zellen getestet (-5 ° c, 30 ° C), kann gefolgert werden, dass in beiden Fällen gibt es eine vergleichbare Beeinträchtigung [CRlangfristige rund 90 % (Tabelle 1)]. Die CRRef zeigt jedoch eine geringere Beeinträchtigung (-5 ° c, 30 ° C). Unter diesen Bedingungen (d. h.ein bestimmtes Td) bedeutet eine höhere Tc mehr Erniedrigung, wie Abbildungen 4a und 4 bzeigt. TC = 30 ° C Radfahren verschlechtert sich die Zellen im Vergleich zu Tc =-5 ° C (wenn Td identisch ist). Dies steht im Einklang mit der Interpretation der Daten für andere Radsport Bedingungen vorher besprochen.
Zusammenfassend kann davon ausgegangen werden, dass Radfahren (-5 ° c-5 ° C), (0 ° C,-20 ° C), (5 ° C, 5 ° C), (12 ° C,-10 ° C) und (15 ° C,-20 ° C) mehr als 100 Zyklen führten zu fast ohne Leistungseinbußen. Die Proben getestet am Td =-20 ° C erwies sich als stabil (Erholung der Kapazität bei + 25 ° C, Abbildung 4c), machen diese Proben für Sub Raum-Temperatur-Anwendungen geeignet. Diese Kapazität Erholung ist weniger beeindruckend, wenn Tczu erhöhen. Durch diese Reihe von Proben gezeigte Verhalten zeigt, dass es ein großer Bestandteil der reversiblen Verschlechterung bei niedrigen Temperaturen (kinetische Komponente ist).
Der Ausgangszustand der Oberfläche der anodenmaterial (Graphit) ist in der Regel glatt (Abbildungen 6a und 6D). Nach dem Radfahren, roughens Oberfläche, auch von anderen48beobachtet. Die Änderung der Morphologie ist deutlicher in der stieß Zone (Zahlen6 b und 6e) im Vergleich zu den zentralen Teil der Elektrode (Abbildung 6 c und 6f). Wenn die Vergrößerung erhöht wird, sind halbkugelförmige Partikel im Bereich stieß (Abbildung 6e) sichtbar. Diese Strukturen haben einen Durchmesser von 35 bis 175 nm und auch von anderen49,50,51eingehalten wurden. In diesen Studien haben sie die Beschichtung von granularen metallischen Li Partikel49,50 zugeordnet auf denen SEI-Schicht50wächst. Eine mögliche Erklärung für diese Plattierung zugeordnet werden kann: (i) ein gewisses Maß an überladen wie von Lu Et Al. beschrieben 49 (10 % Overlithiation) oder (Ii) inhomogenen Kompression auf den Elektroden von Bach Et al. 52.
Die Sekundär-Elektronen SEM zeigt helle Partikel in einer gefahrenen Anode (Abbildung 6i) verteilt. Diese Partikel sind weniger sichtbar in der geriffelten Zone (zusätzliche Daten, AbbildungS1) und sind nicht sichtbar in der Beule Zone (Abbildung 6 h). EDX-Untersuchungen identifiziert diese Partikel als metallisches Cu (siehe einfügen in Abbildung 6ich und ergänzenden Daten in Abbildung S2). Es ist möglich, dass Cu (Stromabnehmer) löst sich und auf die Elektrode fällt (z.B.aktuelle Sammler Korrosion entsteht durch die Reaktivität mit dem Elektrolyten und wenn die Anode potenzielle zu positiven vs. Li/Li+) 28. im Bereich stieß, wurden Spuren von Cu mit einer Konzentration über dem Hintergrundsignal auch brandschutzund. Es kann spekuliert werden, dass die Bedingungen in dieser Zone aus irgendeinem Grund nicht die Ausfällung von Cu begünstigen. Schließlich wurden auch Spuren von Fe gemessen. Dieses kann zugeschrieben werden die Auflösung des Eisens von Kathodenmaterial (LiFePO4), wie von anderen48,53,54identifiziert. LiPF6 basierte Elektrolyte (HF-Spuren)55, eine Auswertung der gefahrenen Kathode zeigten keine Veränderungen im Vergleich zum Frischmaterial (Zusatzmaterial, Abbildung S3). Weitere laufen Experimente um diese Kathoden-Material weiter zu charakterisieren.
Die Abbauraten (DRs) aus der Tabelle 1 berechnet aus CRRef geplottete vs. testen Temperaturen (Ladung und Entladung), dann von der Least-Square-Methode (2D) ausgestattet waren. Abbildung 7 zeigt die Oberfläche anliegender erzeugt, wo die Punkte sind die gemessenen DRs. Das Dataset gliederte sich in Lern- und Verifizierung Datasets für die Montage. Eine Polynomfunktion wurde ausgewählten (best R2). Die roten stellt Bedingungen mit niedrigeren DRs und das blau stellt Bedingungen mit höheren DRs. Die daraus resultierende Modellgleichung lautet:
(4)<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/57501/57501eq4.jpg"><img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/57501/57501eq5.jpg">
Die statistische Signifikanz der polynomischen Koeffizienten, bestätigt durch ANOVA, führt zu einer quadratischen Verhältnis der DR mit Tc und eine lineare Beziehung mit Td.
Andere Beobachtungen, die hilfreich sein, können bei Bedarf passende Anwendungen ausgewählt werden: Wenn Tc um15 ° C, DR ist nicht abhängig von Td; Wenn Tc < 15 ° C, einen höheren Abbau geschieht auf eine höhere Td; Tc > 15 ° C, tritt eine geringere Verschlechterung bei einer höheren Td; entspricht der niedrigsten DR (Tc =-7 ° C, Td =-20 ° C); entspricht der höchsten DR (Tc = 30 ° C, Td =-20 ° C) oder (Tc =-20 ° C, Td = 30 ° C).
In dieser Arbeit vorgestellten Ergebnisse möglicherweise von Bedeutung für die Gestaltung der zukünftigen Normen und Vorschriften um realistischer Szenarien darstellen. Weitere Experimente mit anderen Chemikalien sind erforderlich, um die Gültigkeit dieser Schlussfolgerungen zu überprüfen, um eine optimale Reichweite abhängig von der Anwendung zu finden. Zusätzliche Arbeit wertet die Effekte des Alterns Kalender.

Haltbarkeit ist eines der zentrale Themen des Interesses an Lithium-Ionen-Batterien (LIB)1,2,3 Forschung nicht zu vernachlässigen, Sicherheit Verhalten, Leistung und Kosten geworden. Batterie-Abbau ist eine besondere Herausforderung für e-Mobility-Anwendungen wie eine relativ lange Lebensdauer erforderlich4,5,6 im Vergleich zu anderen Anwendungen (z.B., ein paar Jahre für Verbraucher Elektronik). Die ursprüngliche Leistung des LIBs (z.B.in Bezug auf Kapazität und Widerstand) verschlechtert sich im Laufe der Zeit durch elektrochemische und Kalender-Alterung. Viele Faktoren (z.B.Elektrodenmaterial, Umweltbedingungen, momentanen Auslastung und Cut-Off Spannung) können beim Abbau entscheidend sein. Die Literatur gibt als einer der wichtigsten Faktoren, die den Abbau von aktiven Elektrodenmaterialien und Elektrode-Elektrolyt Seite Reaktionen7Temperatur. Trotz der riesigen Menge an Publikationen in der Literatur Umgang mit Batterie Haltbarkeit bei unterschiedlichen Temperaturen1,8,9,10,11, 12, stellen diese Studien nur bestimmte Zellen, Methoden und Einstellungen verwendet. Extrapolation auf andere Zellen ist daher nicht trivial, einen quantitativen Vergleich zwischen verschiedenen Studien sehr schwierig.
Es ist rechnen, dass das Radfahren auf unterschiedliche be- und Entladen gewissen Einfluss auf das Verhalten der Abbau der Batterie möglicherweise, weil viele der Prozesse verursacht Abbau temperaturabhängig sind. Darüber hinaus in einer Reihe von Anwendungen, verschiedene be- und Entladen Temperaturen repräsentieren eine überzeugendere Szenario [z. B., die Batterie von einem e-Bike in einer Umgebung mit kontrollierter Temperatur (indoor) in Rechnung gestellt und das e-Bike Gefahren (d.h. , entladen) bei verschiedenen Temperaturen (im freien); jahreszeitlichen und täglichen Temperaturschwankungen sind in vielen Anwendungen erfahren]. Allerdings studieren Altern Testergebnisse veröffentlicht in der Literatur in der Regel die gleiche Temperatur für die Ladung und Entladung Schritte. Einschlägigen Normen13,14,15,16,17 und Test Methode Handbücher18,19,20 verwenden Sie auch die gleiche Temperatur. Wir fanden in der Literatur ein Beispiel des Radsports bei unterschiedlichen Temperaturen (z.B.45 ° C, 65 ° C)21 für die Ladung und Entladung. Die Autoren dieser Arbeit beschrieben einen höheren Fade in Kapazität bei der höheren Temperatur der Entlastung, die festen Elektrolyt-Schnittstelle (SEI) schichtwachstum und Lithium Überzug21zugeschrieben wurde. Die Auswertung der Batterie Abbau unter Bedingungen Vertreter der realistischen Szenarien ist wünschenswert. Künftiger Normen und Vorschriften könnte profitieren von die Ergebnisse, die in dieser Arbeit auf die Prüfung der Ladung und Entladung mit unterschiedlichen Temperaturen22.
Als Faustregel Test turen beschleunigen Abbau1,11,12, verbessern das Wachstum SEI11,23,24und Variationen in der SEI fördern 11,23. Auf der anderen Seite ergibt sich unwahrscheinlich Herausforderungen Niedertemperatur-Radfahren: Beschichtung und dendritischen Wachstums erleichtert (langsame Lithium-Ionen-Diffusion)25,26,27,28. Lithiummetall kann reagieren, weiter mit dem Elektrolyten führt zu einer reduzierten Lebensdauer und geringere Sicherheit Grad28,29.
Wang Et al. 8 veröffentlicht, dass die Einblendung Kapazität ein Machtverhältnis Gesetz mit dem kostenlos-Durchsatz (Temperaturen zwischen 15 ° C und 60 ° C) gefolgt. Andere Autoren haben eine Quadratwurzel der Zeit, die Beziehung zu verblassen, Kapazität10,30,31,32,33,34beschrieben. Dies soll den unumkehrbaren Kapazitätsverlust zugeschrieben das Wachstum SEI30,31 darstellen, wo aktive Lithium verbraucht wird. Kapazität Abbau haben auch einen Anteil von linearen Verschlechterung mit Zeit33,34,35. Zu guter Letzt einige Simulationen des Fades in Funktion bei verschiedenen Temperaturen wurden mit Versuchsergebnissen validiert und die Daten zeigten eine exponentielle Abhängigkeit von Abbau- und Temperatur8,10.
In diesem arbeiten, die Wirkung der unterschiedlichen Temperaturen der Ladung und Entladung auf das Verhalten der Abbau der Lithium-Eisen-Phosphat (LFP) / Graphit Zellen für Sub Umgebungstemperaturen ausgelegt wird beschrieben. Die Anzahl der möglichen Temperatur Kombinationen minimiert wurde, mit einem Design of Experiments (DOE) Methode36; ein Ansatz, der häufig in industriellen Optimierungsprozesse verwendet. Diese Methode wurde auch von Forman Et Al. angewandt. 37 , Batterie Abbau, Bereitstellung der minimale Vorhersagefehler (D-Optimum) zu studieren. Alternativ Muenzel Et al. 38 entwickelt eine Multifaktor Leben Vorhersagemodell Wiederverwendung von Daten von Omar Et al. 12. Daten wurde angebracht und eine Abbau-Matrix wurde erhalten.
Bei den laufenden Arbeiten wurde gewonnenen Daten durch ein nicht-linearen zuletzt quadratische Fitting (Polynom) ausgestattet, inklusive erster Ordnung Interaktionen zwischen Temperaturen von Ladung und Entladung. Eine Varianzanalyse (ANOVA) wurde verwendet, um die Koeffizienten und der Grad des Polynoms zu bewerten. Die Methode hilft, um die Wirkung von Temperaturen von Ladung und Entladung und ihre möglichen Wechselwirkungen zu verstehen. Diese Informationen können für die Einrichtung der künftigen Fit für Zweck und realistische Protokollen und Standards unterstützen relevant sein.

<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

Die Wirkung der Ladung und Entladung Lithium Eisen Phosphat-Graphit-Zellen bei unterschiedlichen Temperaturen auf ihren Abbau wird systematisch ausgewertet. Der Abbau der Zellen wird anhand mit 10 laden und Entladen Temperatur Permutationen von-20 ° C bis 30 ° C. Dies ermöglicht eine Analyse der Wirkung von Lade- und Entladezyklen Temperaturen über das Altern und ihre Verbände. Insgesamt 100 Lade-/Entlade-Zyklen wurden durchgeführt. Alle 25 Zyklen erfolgte ein Referenz-Zyklus um den reversiblen und irreversiblen Kapazität Abbau zu beurteilen. Eine mehrstufige Analyse der Varianz verwendet wurde, und die experimentellen Ergebnisse zeigen ausgestattet waren: (i) eine quadratische Beziehung zwischen der Rate der Zerstörung und die Temperatur der Ladung, (Ii) eine lineare Beziehung mit der Temperatur der Entlastung, und (Iii) ein Korrelation zwischen der Temperatur der Ladung und Entladung. Es wurde festgestellt, dass die Temperatur-Kombination zum Laden bei + 30 ° C und bei-5 ° C entladen, die höchste Rate der Zerstörung führte. Auf der anderen Seite führte das Radfahren in einem Temperaturbereich von-20 ° C bis 15 ° C (mit verschiedenen Kombinationen von Temperaturen Laden / Entladen), zu einem viel geringeren Abbau. Zusätzlich, wenn die Temperatur der Ladung 15 ° C ist, ergab, dass die Abbaugeschwindigkeit von der Temperatur der Entlastung zusammengehören ist.

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

Dieser Artikel beschreibt die Wirkung unterschiedlicher Temperaturen Laden/Entladen auf den Abbau von Lithium Eisen Phosphat-Graphit Pouch-Zellen, mit dem Ziel in der Nähe von real Case-Szenarien simulieren. Insgesamt sind 10 Temperatur-Kombinationen im Bereich von-20 bis 30 ° C untersucht, um die Auswirkungen der Temperatur auf Abbau zu analysieren.

Die Wirkung der Ladung und Entladung Lithium Eisen Phosphat-Graphit-Zellen bei unterschiedlichen Temperaturen auf Abbau

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

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Optimierung der synthetische Proteine: Bezeichnung interpositional Abhängigkeiten Anzeige- strukturell und / oder funktionell verknüpft Rückstände

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

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Extraktion und Reinigung von Polyphenolen aus gefriergetrocknetem Beerenpulver zur Behandlung von vaskulären glatten Muskelzellen<em&gt; In vitro</em

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Die Wirkung der interfacialen chemischen Bindung in TiO<sub&gt; 2</sub&gt; -SiO<sub&gt; 2</sub&gt; Verbundwerkstoffe über ihre photokatalytische NOx-Abfallleistung

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Die Wirkung der UV-Strahlung auf die chemischen Bad Ablagerung von Bis(thiourea) Cadmium Chlorid Kristallen und der nachfolgenden CdS Obtention

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

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Gewinnung von Lignin mit hohen Gehalt an β-O-4 durch milde Ethanol Extraktion und seine Wirkung auf die Depolymerisation Ausbeute

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

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Synthese von Terpolymeren bei Mildtemperaturen mit dynamischen Schwefelbonds in Poly (S-Divinylbenzene)

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Isotopische Wirkung im doppelten Protonentransferprozess von Porphycen nach verbesserter QM/MM-Methode untersucht

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