Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • 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
Detection of lithium plating in lithium-ion batteries
KTH, School of Engineering Sciences in Chemistry, Biotechnology and Health (CBH), Chemical Engineering.
2019 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Detektering av litiumplätering i litiumjonbatterier (Swedish)
Abstract [en]

With an increasing demand for sustainable transport solutions, there is a demand for electrified vehicles. One way to store energy on board an electrified vehicle is to use a lithium-ion battery (LIB). This battery technology has many advantages, such as being rechargeable and enabling reasonably high power output and capacity. To ensure reliable operation of LIB:s, the battery management system (BMS) must be designed with regards to the electrochemical dynamics of the battery. However, since the battery ages over time, the dynamics changes as well. It is possible to predict ageing, but some ageing mechanisms can occur randomly, e.g. due to variations of circumstances during manufacturing, and variations of battery user choices. Hence, by monitoring ageing mechanisms in situ, the BMS can adapt accordingly, similar to a closed loop control system.

One ageing mechanism in LIB:s is lithium plating. This mechanism signifies when Li ions are electrochemically deposited as metal onto the negative electrode of the LIB during charging, and can induce other ageing mechanisms, such as gassing or electrolyte reduction. The present project has investigated a method for detecting Li plating in situ after its occurrence by both analysing the voltage change over time during open-circuit voltage (OCV) periods after charging and monitoring battery swelling forces. Results show a correlation between a high probability of Li plating and the appearance of a swelling force peak and an OCV plateau. However, results also show a possible correlation between the onset of Li plating and the onset of the swelling force peak, while also showing a greater detectability of the force signal compared to the electrochemical signal. Furthermore, the present results show that the magnitudes of both signals are probably related to the amount of plated Li. The amount of irreversibly lost Li from plating is shown to have a possible correlation with accumulation of swelling pressure. However, to further validate the feasibility of these two signals, more advanced analysis is required, which was not available during this project.

Abstract [sv]

Med en ökande efterfråga på hållbara transportlösningar så finns det ett behov av elektrifierade fordon. Ett sätt att lagra energi ombord ett elektrifierat fordon är att använda et litium-jon-batteri. Denna batteriteknologi har många fördelar: t.ex. är dessa batterier återladdningsbara, och de kan leverera höga uteffekter samtidigt som de kan ha ett stort energiinnehåll. för att säkerställa en säker drift av litium-jon-batterier måste batteriets styrsystem vara designat med hänsyn till den elektrokemiska dynamiken inuti batteriet. Dock åldras batteriet med tiden, vilket innebär att denna dynamik ändras med tiden, vilket innebär att styrningen av batteriet måste anpassa sig till denna föråldring. Det är möjligt att förutspå åldring av batterier, men vissa åldringsmekanismer kan ske slumpartat, t.ex. via slumpmässiga förändringar i tillverkningsprocessen av batteriet, eller variationer i användningen av batteriet. Genom att därmed bevaka dessa åldringsmekanismer in situ så kan styrsystemets algoritm anpassa sig utmed batteriåldringen, trots dessa slumpartade effekter.

En åldringmekanism hos litium-jon-batterier är s.k. litiumplätering. Denna mekanism innebär att litium-joner elektrokemiskt pläteras i form av metalliskt litium på ytan av litium-jon-batteriets negativa elektrod. Mekanismen kan också inducera andra åldringsmekanismer, t.ex. gasutveckling eller elektrolytreduktion. Detta projekt har undersökt en metod för att detektera litiumplätering in situ efter att plätering har skett, genom att både analysera öppencellspänningens (OCV) förändring med tiden direkt efter uppladdning samt analysera de svällande krafterna som uppstår under uppladdning av batteriet. Resultaten visar på en korrelation mellan en hög sannolikhet för litiumplätering och observationen av en topp i svällningskraft och en platå i OCV-kurvan. resultaten visar också en möjlig korrelation mellan påbörjandet av litium-plätering och påbörjandet av toppen i svällningskraft. Vidare visar även resultaten ett troligt samband mellan signalernas magnitud och mängden pläterat litium. Slutligen visar resultaten också ett möjligt samband mellan irreversibelt pläterat litium och ett svällningstryck som ackumuleras med varje uppladdningscykel. Dock krävs det en validering med mer avancerade analysmetoder för att säkerställa användningsbarheten av dessa två signaler, vilket ej var möjligt inom detta projekt.

Place, publisher, year, edition, pages
2019. , p. 63
Keywords [en]
Lithium plating, Batteries, Battery monitoring, Battery charging, Battery ageing
Keywords [sv]
Litiumplätering, Batterier, Batteriövervakning, Batteriladdning, Batteriåldring
National Category
Inorganic Chemistry
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-266369OAI: oai:DiVA.org:kth-266369DiVA, id: diva2:1384078
External cooperation
Scania CV
Educational program
Master of Science in Engineering - Engineering Chemistry
Supervisors
Examiners
Available from: 2020-01-09 Created: 2020-01-09 Last updated: 2020-01-09Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(2459 kB)20 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2459 kBChecksum SHA-512
7ed872ea494da002c46c3936c0f7101bdb8a0f5567d94a7b5b295c147e034c00cf8ae2ff74d8f96dadd49bf600ac534a90348d5ff4ac1aede0ce1a4ddcb9878b
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Chemical Engineering
Inorganic Chemistry

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 20 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: 76 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • 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