uu.seUppsala University Publications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Low temperature Li-ion battery ageing
Uppsala University, Disciplinary Domain of Science and Technology, Chemistry, Department of Chemistry - Ångström. (Ångström Advanced Battery Centre (ÅABC))
2014 (English)Independent thesis Advanced level (professional degree), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Lågtemperaturåldring av Li-jon batterier (Swedish)
Abstract [en]

Different kinds of batteries suit different applications, and consequently several different chemistries exist. In order to better understand the limitations of low temperature performance, a Li-ion battery chemistry normally intended for room temperature use, graphite-Lithium Iron Phosphate, with 1 M LiPF6 ethylene carbonate:diethylene carbonate electrolyte, is here put under testing at -10°C and

compared with room temperature cycling performance. Understanding the temperature limitations of this battery chemistry will give better understanding of the desired properties of a substitute using alternative materials. The experimental studies have comprised a combination of battery cycle testing, and surface analysis of the electrodes by Scanning Electron Microscopy and X-Ray Photoelectron Spectroscopy. Results showed that with low enough rate, temperature is less of a problem, but with increased charge rate, there are increasingly severe effects on performance at low temperatures. XPS measurements of low charge rate samples showed similar Solid Electrolyte Interface layers formed on the graphite anode for room- and low temperature batteries, but with indications of a thicker layer on the former. A section of the report handles specific low temperature battery chemistries. The conclusions- and outlook were made by comparing the results found in the study with earlier findings on low temperature Li-ion batteries and present possible approaches for modifying battery performance at lowered temperatures.

Abstract [sv]

I detta projekt har litium-jon-batterier testats i avseende på sina lågtemperaturprestanda. Arbetet gjordes genom att testa och jämföra prestantda mellan prover vid -10°C och rumstemperaturprover. Med analytiska instrument studerades både den morfologiska och kemiska förändring som skett under användning. Vald batterikemi har varit av slaget grafit-litiumjärnfosfat med en typisk organisk elektrolyt. Denna batterikemi är inte på något sätt anpassad för lågtemperaturprestanda och med det hoppas kunna påvisas de effekter som en mer lämpligt lågtemperaturkemi åtgärdar, och förstå hur de gör det. Med låg temperatur uppkommer en större ’tröghet’ för de kemiska reaktioner som sker i ett batteri. Om designen inte är särskilt gjord för låg temperatur kan effekterna bli osäkra, rent av farliga. Risken ökar nämligen för plätering av metalliskt litium på den negativa elektroden, och skulle litiumdeponeringen växa i den riktning som kopplar samman batteriets poler så kortsluts systemet. Med den höga energidensitet som karaktäriserar litium-jon-batterier vore en kortslutning extra beklaglig då den organiska elektrolyten kan antändas, med en potentiell explosion som följd.Inom särskilda applikationer kan lågtemperaturmiljöer förväntas för ett batteri, till exempel för fordon. En elbil i skandinaviskt klimat skulle behöva fungera ohindrat även vintertid, då temperaturerna ofta når -10°C och lägre. Samtidigt får man påminnas om att litium-jon-batterierna är relativt moderna och ännu inte har fått något stort genomslag som framdrivningsmedel. Detta försätter bilindustrin i ett krafigt behov av omfattande forskning för att kunna ta strategiskt sunda beslut för att möjliggöra en ordentlig introducering av elbilar som trovärdig ersättare till de fossilt drivna bilarna. I linje med trenden att ständigt bygga säkrare bilar måste elbilarna kunna visa upp förutsägbarhet, och med detta pålitlighet och säkerhet. I detta arbetet erhölls resultat som visade på batterifunktion även vid den sänkta temperaturen, men med gränser för hur snabbt laddningöverföring kunde ske jämfört med i rumstemperatur. Bevis för bildande av skyddsfilm på anod efter 1.5 battericykler, snarlik komposition för -10°C - och rumstemperaturbatterier – men med vissa indikationer på ett tjockare bildat lager hos den senare. Därtill gjordes jämförelser med specifika lågtemperaturselektrolyter, där en skillnad i framförallt innehåll utav etylkarbonat (mindre andel vid lågtemperaturapplikationer) uppvisar stora förbättringar i kallare klimat. En sådan provblandning gjordes och uppvisade bättre prestanda vid -10°C än rumstemperaturbatterier med standardelektrolyt.

Arbetet har utförts vid Institutionen för Kemi-Ångström vid Uppsala universitet.

Place, publisher, year, edition, pages
2014. , 53 p.
Series
UPTEC K, ISSN 1650-8297 ; 14022
Keyword [en]
Li-ion battery ageing, Li-ion battery aging, LFP graphite
National Category
Other Materials Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:uu:diva-251356OAI: oai:DiVA.org:uu-251356DiVA: diva2:805776
External cooperation
Volvo Cars, ABB
Subject / course
Material
Educational program
Master Programme in Chemical Engineering
Presentation
2014-09-08, Å3419, Lägerhyddsvägen 1, Uppsala, 13:15 (English)
Supervisors
Examiners
Available from: 2015-06-05 Created: 2015-04-16 Last updated: 2015-06-05Bibliographically approved

Open Access in DiVA

Low temperature Li-ion battery ageing - Johan Nilsson - Master Thesis(4230 kB)416 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 4230 kBChecksum SHA-512
58ad18751537172ae84b7e55ee352f5e589b147be381d285941886fb842cc8eb2c4221805ebb1d57ba1ebeffab7988c4a6086e9418dd71b21efe27f6b41c63df
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Department of Chemistry - Ångström
Other Materials Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 416 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 744 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf