Lifetime prediction on lithium-ion battery cell and system level / edited by Severin Lukas Hahn.

Format:

Book

Contributor:

Hahn, Severin Lukas, editor.

Series:

Energie & Nachhaltigkeit

Energie & Nachhaltigkeit ; v.8

Language:

English

Subjects (All):

Technological innovations.

Physical Description:

1 online resource (231 pages)

Edition:

1st ed.

Place of Publication:

Göttingen, Germany : Cuvillier Verlag, [2022]

Summary:

Lithium-Ionen Batteriesysteme leiden unter elektrochemischen Degradations- und Ausfallmechanismen, die nur mit hohem Testaufwand abzusichern sind. Daher verfolgt diese Arbeit das Ziel, Prädiktionen des kalendarischen Kapazitätsverlustes und der Druckentwicklung auf Zell- und Systemebene zu verbessern. Eine fundamentale Inkonsistenz semi-empirischer kalendarischer Alterungsmodelle konnte aufgrund theoretischer Überlegungen aufgelöst werden, indem der Einfluss der initialen Anodendeckschicht berücksichtigt wird. Ein neuartiges Validierungskonzept, welches durch maschinelles Lernen inspiriert wurde, konnte die dadurch verbessere Prognosefähigkeit gegenüber der Literatur aufzeigen. Das Verhalten von Einzelzellen in repräsentativer Modulverspannung konnte auf einer neuen aktiv geregelte Zellpresse untersucht werden und schuf grundlegendes Verständnis. Die Presse ermöglichte damit die Systemmodellierung der Druckentwicklung, deren detaillierte Parametrisierung und die Messung des Gasverdrängungsdruckes von laminierten Zellen. Durch die Messung der Druckentwicklung in Alterungsversuchen von Modulen konnte die Modellprädiktion auf Systemebene erfolgreich für Moduldesigns validiert werden.

Contents:

Intro

Table of Contents

List of abbreviations

German Abstract: Zusammenfassung

Abstract

Chapter 1 Introduction

1.1 Motivation and goals of the thesis

1.2 Contributions and structure of the thesis

Chapter 2 Theoretical Foundation

2.1 Lithium-ion history and fundamentals

2.2 Cell construction and format considerations

2.3 Competing cell formats

2.4 Changing electrochemical environments

2.5 Non-destructive aging analysis

2.6 Post-mortem analysis

Chapter 3 Experimental methods

3.1 Investigated cells

3.2 Cycling procedures

3.3 Reference parameter tests during aging

3.4 Cyclic aging experiments

3.5 Calendar aging experiments

3.6 Battery scale testing

3.7 Electrode harvesting

3.8 Homogeneity measurements

3.9 Gas measurements

3.10 Half and full-cell measurements

3.11 Inductive coupled plasma - optical emissionspectroscopy

3.12 Scanning electrode microscopy

Chapter 4 Study on Calendaric Aging Models

4.1 Chapter summary

4.2 Introduction and insights from literature

4.3 Extended calendar aging model development

4.4 Quantitative validation technique

4.5 Calendar aging matrix

4.6 Accelerated aging matrix results

4.7 Aging models

4.8 Validation results and detection of overfitting models

4.9 Extended model results

4.10 Quantitative comparison of aging models

4.11 Discussion

Chapter 5 Actively-controlled pneumatic press

5.1 Chapter summary

5.2 Introduction and insights from literature

5.3 Cell press design

5.4 Cell press operation modes

5.5 Validation results

5.6 Homogeneity validation

5.7 Requirement assessment

5.8 Discussion

Chapter 6 Pressure Prediction Modeling

6.1 Chapter summary

6.2 Introduction and insights from literature

6.3 Investigated battery system

6.4 Mechanical characterizations.

6.5 Electrical characterization overview

6.6 Electromechanical characterizations

6.7 Post-mortem analysis

6.8 Review of cell growth mechanisms

6.9 Model development

6.10 Modeling Results

6.11 Discussion

Chapter 7 Conclusion

7.1 Summary

7.2 Perspective

7.3 Outlook

Appendix A

Appendix B

Appendix C

Appendix D

References

Curriculum vitae

List of Figures

List of Tables.

Notes:

Description based on print version record.

Includes bibliographical references.

ISBN:

9783736966291

3736966296

OCLC:

1344158600