Nicht-destruktive Bestimmung des Elektrodenpotenzials und der Leerlaufspannung bei Lithium-Ionen-Batterien

Nicht-destruktive Bestimmung des Elektrodenpotenzials und der Leerlaufspannung bei Lithium-Ionen-Batterien

Die Autoren: Cedric Kirst, Alexander Karger, Jan Singer, Andreas Jossen

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Höhepunkte

• Physikalisch motiviertes Modell für Blend-Elektroden und inhomogene Lithiierung
• Nicht-destruktive Bestimmung von Elektrodenpotentialkurven
• Validierung an kommerziellen LFP-C-, NMC-SiC- und NCA-SiC-Li-Ionen-Zellen
• Neuartige nicht-destruktive Analyse des Degradationsverhaltens
• Achievement of model-based fitting voltage RMSE < 6 mV over lifetime

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In dieser Veröffentlichung erweitern wir ein hochmodernes Modell des offenen Stromkreispotentials von Elektroden für Blend-Elektroden und inhomogene Lithiumionen. Wir führen einen zweistufigen Optimierungsalgorithmus ein, um die offenen Parameter des Elektrodenmodells anhand von Messungen zu schätzen, die auf der Ebene der vollständigen Zelle mit modernsten Prüfgeräten durchgeführt wurden.

Als Input für den Optimierungsalgorithmus verwenden wir Daten aus einer Pseudo-Leerlaufspannungsalterungsstudie, um die Elektrodenpotenzialkurven, die Elektrodenkapazitäten und die Kapazität des zyklischen Lithiums über die Lebensdauer ohne Öffnen der Zelle zu schätzen. Wir validieren unsere Methode anhand von Messungen an kommerziellen Lithium-Ionen-Zellen mit den Elektrodenmaterialien LFP-C, NMC-SiC und NCA-SiC und vergleichen die geschätzten Pseudo-Leerlaufpotenzialkurven der Elektroden mit Messungen, die an geernteten Halbzellen durchgeführt wurden.

Wir kommen zu dem Schluss, dass die vorgestellte nicht-destruktive Methode zur Modellierung des Leerlaufpotentials von Halbzellen eine Alternative zur komplexen Zerlegung von Zellen und zur Entnahme von Elektrodenmaterial für die Analyse von Degradationszuständen darstellt.

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Zugriff auf das Papier hier.