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Influence of cycling profile, depth of discharge and temperature on commercial LFP/C cell ageing: post‑mortem material analysis of structure, morphology and chemical composition

Simolka, Matthias und Heger, Jan-Frederik und Kaess, Hanno und Biswas, Indro und Friedrich, Kaspar Andreas (2020) Influence of cycling profile, depth of discharge and temperature on commercial LFP/C cell ageing: post‑mortem material analysis of structure, morphology and chemical composition. Journal of Applied Electrochemistry, 50, Seiten 1101-1117. Springer. doi: 10.1007/s10800-020-01465-6. ISSN 0021-891X.

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4MB

Offizielle URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s10800-020-01465-6

Kurzfassung

The paper presents post-mortem analysis of commercial LiFePO4 battery cells, which are aged at 55 °C and − 20 °C using dynamic current profiles and different depth of discharges (DOD). Post-mortem analysis focuses on the structure of the electrodes using atomic force microscopy (AFM) and scanning electron microscopy (SEM) and the chemical composition changes using energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDX) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The results show that ageing at lower DOD results in higher capacity fading compared to higher DOD cycling. The anode surface aged at 55 °C forms a dense cover on the graphite flakes, while at the anode surface aged at− 20 °C lithium plating and LiF crystals are observed. As expected, Fe dissolution from the cathode and deposition on the anode are observed for the ageing performed at 55 °C, while Fe dissolution and deposition are not observed at−20 °C. Using atomic force microscopy (AFM), the surface conductivity is examined, which shows only minor degradation for the cathodes aged at− 20 °C. The cathodes aged at 55 °C exhibit micrometer size agglomerates of nanometer particles on the cathode surface. The results indicate that cycling at higher SOC ranges is more detrimental and low temperature cycling mainly affects the anode by the formation of plated Li.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/140614/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:Finanzielle Förderung durch BMBF: “IngenieurNachwuchs” (03FH028IX4)
Titel:Influence of cycling profile, depth of discharge and temperature on commercial LFP/C cell ageing: post‑mortem material analysis of structure, morphology and chemical composition
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Simolka, MatthiasMatthias.Simolka (at) hs-esslingen.dehttps://orcid.org/0000-0003-4613-1236NICHT SPEZIFIZIERT
Heger, Jan-FrederikJan-Frederik.Heger (at) hs-esslingen.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kaess, HannoHanno.Kaess (at) hs-esslingen.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Biswas, IndroIndro.Biswas (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6815-4204NICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, Kaspar Andreasandreas.friedrich (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2968-5029NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:27 September 2020
Erschienen in:Journal of Applied Electrochemistry
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:50
DOI:10.1007/s10800-020-01465-6
Seitenbereich:Seiten 1101-1117
Verlag:Springer
ISSN:0021-891X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:lithium ion battery, ageing, post-mortem analysis
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HGF - Programm:Energieeffizienz, Materialien und Ressourcen
HGF - Programmthema:Methoden und Konzepte für Materialentwicklung
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DLR - Forschungsgebiet:E VS - Verbrennungssysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Materialien für die Energietechnik (alt)
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Biswas, Dr. Indro
Hinterlegt am:25 Jan 2021 18:33
Letzte Änderung:01 Nov 2021 03:00

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