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

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

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

Поведение для Велоспорт на (-20 ° C,-20 ° C)(рис. 1) можно отнести к (i) Кинетическая ограничения во время зарядки (уменьшение ионного диффузии, сопротивление теплопередаче бедных заряда на стыке электрод/электролит41, сокращение ионной проводимости, дисбаланс заряда и т.д.) и/или (ii) литий покрытие когда зарядки при низких температурах могут быстро диффузного когда Велоспорт на высоких температурах42. При температуре в 25 ° C, увеличивается диффузии ионов и есть уравновешивания неуравновешенное состояние. Это приведет к восстановлению потенциала. Подобное поведение не найден в литературе. Для типа клеток под следствием это сочетание температуры не рекомендуется для непрерывной Велоспорт вследствие распада быстро потенциала, хотя есть некоторые частичное восстановление потенциала после определенного времени восстановления при комнатной температуре.
С другой стороны, клетки, циклическое (12 ° c, 30 ° C) слишком пострадали от прерывания цикла оценки ссылки (это несомненно увеличивает общее время тестирования)(рисунок 1). Эти образцы страдают от деградации с самого начала Велоспорт и они могут быть более восприимчивы к дополнительным деградации при сравнении их с образцами цикличности на < 12 ° C.
Долгосрочный старения с Tc = ТД показал близким к второй порядок полинома отношения между удержания в емкости и контроля температуры (для диапазона 5 ° C до 30 ° C, рис. 1б). Омар и др. 12 показан подобное поведение (в диапазоне температур от-18 ° C до 40 ° C). Значение (-20 ° C,-20 ° C) не было принято во внимание, как его поведение резко отличается от общей тенденции. От способности измерения ЧРпредложениепохоже, что Велоспорт в диапазоне от-20 ° С до 15 ° C наносит мало деградации (рис. 1б). Различное поведение свидетельствует CRref и CRдолгосрочный может быть объяснено как они рассчитаны на тесты выполняются при разных температурах и различные C-ставки. Таким образом, они чувствительны к различным процессам: необратимого старения (последствия деградации вечный)43 12,и реверсивные старения [следствием старения может быть восстановленной (например, расширенная отдых раз)]. Можно считать, что, с одной стороны, CRref чувствителен к необратимой деградации и, с другой стороны, CRдолгосрочный чувствительна к обратимым и необратимой деградации.
Разряда профилей в ходе долгосрочного тестирования остаютсясопоставимыми (рисунок 2); Основное отличие-> 3 Ah (падение в разряд емкости)8. Для ведения Велоспорт (рис. 2b), три плато можно наблюдать в диапазоне V 3.15 3.30, соответствующая разница напряжения между катода (3.43 V соответствующий редокс пара Fe3 +/Fe2 +)44 и интеркаляции фазы анода45,46. Когда Велоспорт, есть смещение к снижению значения мощности, вследствие потребления cyclable лития, или деградации материала из-за старения47.
Когда Велоспорт на данной Tc, было установлено, что долгосрочная стабильность выше на нижней Td. Это согласуется с общей тенденцией, что более высокие температуры приводит к более высокой деградации. Это было отмечено три пары комбинаций вычисляется и отображается в цифры 3А - 3 c. Таким образом, Велоспорт на Td = 30 ° C приводит к более высокой деградации чем Td =-5 ° C, ТК же. Аналогичным образом, Td = 12 ° C является более сложным, чем Td =-10 ° C, когда ТК же (12 ° C).
В некоторых случаях, тенденция к деградации найдено для ссылки на Велоспорт противоположно показано для долгосрочной Велоспорт. Это дело для (30 ° C,-5 ° C) vs. (30 ° C, 30 ° C) и (12 ° C,-10 ° C) vs. (12 ° C, 12 ° C) Велоспорт. Оценка цикла ссылка показывает только необратимой деградации, в то время как долгосрочные старения под влиянием необратимым и обратимые эффекты. Кроме того, 1 C Велоспорт приводит к выше омического капель (выше при более низких температурах). Если поведение клеток тестирование (30 ° C,-5 ° C), по сравнению с клеток, испытания на (-5 ° C, 30 ° C), можно сделать вывод, что в обоих случаях является сопоставимой деградации [CRдолгосрочный около 90% (Таблица 1)]. Однако, CRпредложение демонстрирует Нижняя деградации (-5 ° C, 30 ° C). В этих условиях (т.е., заданного Td) выше Tc означает больше деградации, как свидетельствуют цифры 4a и 4b. TC = 30 ° C Велоспорт деградирует клетки, по сравнению с Tc =-5 ° C (когда Td является то же самое). Это согласуется с интерпретации данных для других Велоспорт условий, рассмотренных ранее.
Как резюме, можно сделать вывод, что Велоспорт на (-5 ° C,-5 ° C), (0 ° C,-20 ° C), (5 ° C, 5 ° C), (12 ° C, -10 ° C) и (15 ° C,-20 ° C) свыше 100 циклов привело к почти без деградации. Испытания образцов на Td =-20 ° C, оказались быть стабильным (восстановление в качестве при + 25 ° C, рис. 4c), что делает эти образцы подходит для термостатирования суб номер. Этот потенциал восстановления менее впечатляет, когда увеличение Tc. Поведение, проявленная этот набор образцов указывает, что большой компонент реверсивные деградации при низких температурах (кинетическая компонент).
Первоначальное состояние поверхности материала анода (графит) обычно является гладкая (цифры 6a и 6 d). После езда на велосипеде, roughens поверхности, также отмечено другими48. Изменения в морфологии более очевидно в bumped зоне (цифры6b и 6e) по сравнению с центральной частью электрода (цифры 6 c и 6f). При увеличении масштаба, полусферической частицы видны в зоне наткнулся (eрис. 6). Эти структуры имеют средний диаметр 35 до 175 Нм и также наблюдаются другие49,,5051. В этих исследованиях они были назначены для обшивки гранулированных металлических ли частицы49,50 на котором слоя СИЭ растет50. Возможное объяснение для этого сплетши могут быть назначены для: (i) некоторую степень завышенной, как описано в Lu et al. 49 (10% overlithiation) или (ii) неоднородное сжатие на электроды, как учился, Бах и др. 52.
Вторичный электрон SEM изображает светлые частицы распределены в циклическое анода (Рисунок 6i). Эти частицы менее заметны в зоне рифленая (дополнительные данные, РисунокS1) и не видны в зоне удар (рис. 6 h). EDX исследования определили эти частицы как металлические Cu (см. вставки в рисунке 6,я и дополнительные данные в Рисунке S2). Вполне возможно, что Cu (токоприемник) растворяется и осаждается на электроде (например, текущий сборщик коррозия происходит за счет реактивности с электролитом, и когда потенциал анода является слишком позитивные против Li/Li+) 28. в зоне наткнулся, следы Cu, концентрация выше фонового сигнала также были abserved. Это может быть предположил, что по некоторым причинам, условия в этой зоне не способствуют осаждению Cu. Наконец следы Фе также были измерены. Это может объясняться распада железа от материала катода (4LiFePO), как указано другими48,,5354. LiPF6 на базе электролитов (ВЧ следы)55, оценку циклическое катод, показал без изменений по сравнению с свежий материал (дополнительный материал, Рисунке S3). Далее в настоящее время ведутся эксперименты с целью дальнейшего характеризуют эти материалы катода.
Темпы деградации (DRs) из таблицы 1 рассчитывается от CRref были построены против тестирования температур (зарядка и разрядка), затем устанавливается методом наименее квадрат (2D). Рисунок 7 показывает поверхности штуцера, порожденных, где точки являются измеренные DRs. Набор данных был разделен на обучение и проверка наборов данных для установки. Полиномиальная функция была выбранных (Лучший R2). Красный представляет условия с нижней DRs и синий представляет условия с выше DRs. Результирующая модель формула имеет следующий вид:
(4)<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/57501/57501eq4.jpg"><img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/57501/57501eq5.jpg">
Статистическая значимость коэффициентов полинома, подтверждается ANOVA, приводит к квадратичной отношения DR с Tc и линейной взаимосвязи с Td.
Другие замечания, которые могут быть полезны, если подходящих приложений должны быть выбраны: когда Tc составляет около15 ° C, DR не зависящих от Td; Когда Tc < 15 ° C, выше, деградация происходит на более высоких Td; Когда Tc > 15 ° C, ниже деградация происходит на более высоких Td; низкие DR соответствует (Tc =-7 ° C, Td =-20 ° C); соответствует высоким DR (Tc = 30 ° C, Td =-20 ° C) или (Tc =-20 ° C, Td = 30 ° C).
Результаты, представленные в этой работе могут иметь значение для разработки будущих стандартов и правил в целях представления более реалистичных сценариев. Дальнейшие эксперименты с использованием других химия необходимо проверить достоверность этих выводов для того, чтобы найти оптимальный диапазон в зависимости от приложения. Дополнительная работа будет оценивать последствия старения календаря.

Долговечность стала одной из ключевых тем, представляющих интерес в литий ионные аккумуляторы (либ.)1,2,3 исследований, не пренебрегая поведение безопасности, производительности и стоимости. Батарея деградации является особенно сложным для e мобильность приложений, как сравнительно долгий срок службы требуется4,5,6 , по сравнению с другими приложениями (например, несколько лет для потребителя электроника). Первоначальный производительности библиотеки (например, с точки зрения потенциала и сопротивления) ухудшается с течением времени из-за электрохимические и выставок старения. Многие факторы (например, материала электрода, экологических условий, токовые нагрузки и отключения напряжения) может быть решающим фактором деградации. Литературе определяет температуру как один из основных факторов, влияющих на деградации электрода активных материалов и электрод электролит побочных реакций7. Несмотря на огромное количество публикаций в литературе, занимающихся долговечность батареи в разных температур1,8,9,10,11, 12, эти исследования представляют только конкретных ячеек, методы и параметры. Следовательно экстраполяция на другие клетки не тривиальная, делая количественное сравнение различных исследований очень трудно.
Можно ожидать, что Велоспорт на разных процесс зарядки и разрядки могут иметь некоторое влияние на поведение деградации батареи, потому что многие из процессов, вызывающих деградацию зависит от температуры. Кроме того, в ряде приложений, другой процесс зарядки и разрядки температуры представляют более убедительные сценарий [например, батарея e велосипед в контролируемой температурой окружающей среды (крытый) и e велосипед циклическое (т.е. , разряженные) при различных температурах (открытый); Температура сезонные и суточные колебания происходят во многих приложениях]. Однако результаты тестирования старения, опубликованные в литературе обычно изучить же температура для зарядки и разрядки шаги. Кроме того соответствующим стандартам13,14,15,16,17 и тестовый метод руководства18,19,20 используют одинаковую температуру. Мы нашли в литературе одним из примеров Велоспорт на разных температурах (например, 45 ° C, 65 ° C)21 для заряда и разряда. Авторы этой работы описаны выше затухание в мощности при высокой температуре разряда, который объясняется рост слой твердого электролита интерфейс (ИУЭ) и литий, покрытие21. Оценка деградации батареи под условия представитель реалистичных сценариев является желательным. Будущие стандарты и правила могут выгоду от результатов, представленных в этой работе на тестирование заряда и разряда на разных температурах22.
Как правило выше тестирования температур ускорения деградации1,11,12, повышения роста SEI11,,2324и содействовать вариации в гоу 11,23. С другой стороны, низкая температура Велоспорт приводит к вряд ли проблемы: обшивка и роста дендритов облегчаются (Диффузия медленно литий ионный)25,26,27,28. Лития может реагировать с электролитом, ведущих к сокращению долговечности и снижение степени безопасности28,29.
Wang et al. 8 опубликован, что исчезать в качестве за власть закона отношения с пропускную способность заряда (температура 15 ° C до 60 ° C). Другие авторы описали квадратный корень времени отношения с исчезать в емкость10,30,,3132,33,34. Это должно представлять необратимым потенциала потери, приписываемых роста SEI30,31 где потребляются активных литий. Деградации потенциала также может иметь долю линейной деградации с время33,34,35. Наконец некоторые симуляции затухания в качестве при различных температурах были проверены с экспериментальные результаты и данные показали экспоненциальная зависимость от деградации и температуры8,10.
В этом работы, эффект различных температур заряда и разряда на поведение деградации фосфат железа лития (LFP) / графит клетки, предназначенные для югу температуре описан. Количество комбинаций возможных температуры было сведено к минимуму с помощью конструкции эксперимент (DOE) метод36; подход, используемый обычно в оптимизации промышленных процессов. Этот метод также применяется Форман и др. 37 для изучения деградации батареи, обеспечивая минимальный прогноз ошибка (D-оптимальный). Кроме того, Muenzel и др. 38 развитых жизни многофакторная модель прогнозирования, повторное использование данных из Омара et al. 12. данные были установлены, и было получено деградации матрицы.
В текущей работе полученных данных был установлен путем нелинейной наименее квадратных монтажа (многочлен), который включает первого порядка взаимодействия между температуру заряда и разряда. Дисперсионный анализ (ANOVA) был использован для оценки коэффициентов и степень полинома. Этот метод помогает понять влияние температуры заряда и разряда и их возможные взаимодействия. Эта информация может иметь отношение к поддержать создание будущего подходят для цели и реалистичные протоколов и стандартов.

<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

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

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

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

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

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

Выделение и химическая характеристика липида А из грамотрицательных бактерий

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

Оптимизация синтетических белков: Идентификация Interpositional зависимостей индикации Конструктивно и / или функционально связанных остатков

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

Эпитаксиального роста перовскита титаната стронция на германии с помощью атомного слоя осаждения

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

Экстракция и очистка полифенолов от лиофилизированного порошка ягод для лечения сосудистых гладких мышечных клеток<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

Влияние межфазного химического связывания в TiO<sub&gt; 2</sub&gt; -SiO<sub&gt; 2</sub&gt; Композиты на их фотокаталитической эффективности по снижению выбросов NOx

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

Воздействие ультрафиолетового излучения на ванна химического осаждения кристаллов хлорид кадмия Bis(thiourea) и последующее получение компакт-дисков

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

Автоматизированный 90Sr разделения и кислотоупоров в лаборатории на клапан системы на уровне 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

Извлечение лигнина с высоким содержанием β-O-4 мягкая этанола добычи и его влияние на урожайность деполимеризации

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

Синтез терполимеров при умеренных температурах с использованием динамических серных облигаций в поли (с-Диприлбензол)

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

Изотопный эффект в двойном процессе передачи протона порфицена, исследованного расширенным методом ЗМ/ММ

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