Degradation von Lithium-Ionen-Batteriezellen
Forschungspapiere

Modellierung der Partikel- versus SEI-Rissbildung bei der Degradation von Lithium-Ionen-Batterien

In dieser Arbeit werden drei verschiedene SEI-Interaktionstheorien identifiziert und systematisch verglichen und auf experimentelle Degradationsdaten aus einer kommerziellen Lithium-Ionen-Zelle angewandt. Sie zeigt, dass SEI-Delaminierung ohne Rissbildung der aktiven Partikel und SEI-Mikrorissbildung, bei der die Zyklen nur das SEI-Wachstum während des Zyklus selbst beeinflussen, beide unwahrscheinliche Kandidaten sind.

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TWAICE habe ich mehr gelernt über: Modellierung der Partikel- versus SEI-Rissbildung bei der Zersetzung von Lithium-Ionen-Batterien Artikel hier lesen:

www.twaice.com/research/modeling-particle-versus-sei-cracking-in-lithium-ion-battery-degradation

#ThinkTwaice

Modellierung von Partikel- versus SEI-Rissen bei der Degradation von Lithium-Ionen-Batterien: Warum Kalender und Zyklusalterung nicht einfach addiert werden können

Die Autoren: Alexander Karger, Simon E. J. O'Kane, Marcel Rogge, Cedric Kirst, Jan P. Singer, Monica Marinescu, Gregory J. Offer, Andreas Jossen

Degradationsmodelle sind wichtige Instrumente für das Verständnis und die Minderung der Alterung von Lithium-Ionen-Batterien, doch ein universelles Modell, das die Degradation unter allen Betriebsbedingungen vorhersagen kann, ist nach wie vor schwer zu finden. Eine Herausforderung ist der gekoppelte Einfluss von Kalender- und Zyklusalterungsphasen auf die Degradationsmechanismen, wie z. B. die Bildung einer festen Elektrolytinterphase (SEI).

In dieser Arbeit identifizieren und vergleichen wir systematisch drei verschiedene SEI-Interaktionstheorien aus der Literatur und wenden sie auf experimentelle Degradationsdaten aus einer kommerziellen Lithium-Ionen-Zelle an. In einem schrittweisen Prozess und nach sorgfältiger Datenauswahl zeigen wir, dass SEI-Delaminierung ohne Rissbildung der aktiven Partikel und SEI-Mikrorissbildung, bei der die Zyklen nur das SEI-Wachstum während des Zyklus selbst beeinflussen, beide unwahrscheinliche Kandidaten sind.

Stattdessen deuten die Ergebnisse darauf hin, dass sowohl die SEI als auch die aktiven Partikel bei Zyklen reißen, und wir stellen eine einfache 4-Parameter-Gleichung auf, mit der die Partikelrissrate vorhergesagt werden kann. Im Gegensatz zum weithin akzeptierten Pariser Gesetz nimmt die Partikelrissrate mit zunehmenden Zyklen ab, was möglicherweise auf eine veränderte Interkalationsdynamik zurückzuführen ist, die sich aus dem zunehmenden Oberflächen-Volumen-Verhältnis der aktiven Partikel ergibt. Das vorgeschlagene Modell sagt die SEI-Bildung bei verschiedenen Lagerungsbedingungen genau voraus, während eine einfache Addition der Degradation durch reine Kalender- und Zyklusalterung die Gesamtdegradation unterschätzt.

Hier können Sie das Papier einsehen.

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