Detta projekt syftar till att undersöka den termiska rusningsprocessen hos ett litiumjonbatteri med en fluorfri elektrolyt och jämföra den med en kommersiellt använd fluor-innehållande elektrolyt. Battericellerna innehöll silikon-grafit som anod och LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 (NMC622) som katod. Den fluorfria elektrolyten var baserad på litium bis(oxalato)borat (LiBOB) i organisk lösning med additivet vinylen karbonat(VC). Det jämfördes med en fluor-innehållande elektrolyt med LiPF6 i samma organiska lösning tillsammans med VC och fluoroetylene karbonat (FEC). De termiska stabilitetstesterna utfördes med Accelerating Rate Calorimetry (ARC) och Differentiell svepkalorimetri (DSC). Både knappceller och pouchceller har undersökts med hjälp av ARC. Trots flera försök med olika uppställning kunde den termiska rusningen inte bli detekterad för någon av celltyperna, med slutsatsen att en störremängd aktivt material behövs. Istället användes DSC för att undersöka de termiska reaktionerna hos batteri-komponenterna. Resultaten visade att anoden var mer termisk stabil med den fluorfria elektolyten, medan samma elektrolyt visade mindre termisk stabilitet på katoden. Vidare undersökningar behövs dock för bekräftelse av katoden. / This project aims to investigate the thermal runaway process of fluorine-free lithium ion battery cells and to compare this with a commercially used fluorinated electrolyte. The cells consisted of a silicon-graphite composite anode and a LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2(NMC622) cathode. The non-fluorinated electrolyte used was based on lithiumbis(oxalato)borate (LiBOB) in organic solvents with the additive vinylene carbonate(VC). Moreover, the fluorinated electrolyte consisted of LiPF6 in the same organic solvents together with VC and fluoroethylene carbonate (FEC). The thermal stability measurements have included Accelerating Rate Calorimetry (ARC) and Differential Scanning Calorimetry (DSC). Moreover, both coin cells and pouch cells have been examined by ARC. However, thermal runaway could not be detected for either type of cells, concluding that a greater amount of active material was needed. In order to measure the thermal reactions of the battery components, DSC was used. These results concluded that the anode was more thermally stable with a non-fluorinated electrolyte. However, the thermal stability appeared to be lower for the cathode, therefore, further investigation is needed for confirmation of the cathode.

In response to the present and projected growth of the EV industry, the development of a large-scale, reliable and efficient lithium-ion battery recycling sector is vital to ensure circularity of the embedded valuable metals and ensure overall sustainability of the technology. One of the main recycling procedures under development is based on hydrometallurgy. As a pretreatment step before lithium-ion batteries can undergo this process, they have to be deactivated to prevent uncontrolled release of the contained electrical energy. This deactivation step is often performed by deep discharging batteries to 0.0 V, instead of the usual lower cut-off around 3.0 V. Usually, deep discharging is performed by connection to resistors or through submersion in a salt solution. However, due to the discharge current derating proportionally to the terminal voltage, this procedure can be quite slow, especially if considerable rebound voltages are to be prevented. This work explores the feasibility of a faster discharge procedure in terms of discharge speed, effectiveness, and safety. The proposed procedure entails deep discharging at constant current using a controllable load, followed by applying an external short-circuit immediately. The C-rate during constant current discharging is varied to study its effects. The short-circuit is applied at a terminal voltage of 0.0 V or 1.0 V. The safety of both process steps is assessed experimentally. The main safety risks that are reviewed are the temperature rise and subsequent risk of thermal runaway, as well as the risk of electrolyte leakage due to pressure increase and swelling. In the experimental work, two types of large format prismatic NMC811 cells are deep discharged starting from an SoC of 0%. The experiments are limited to single cells. It is found that an additional 4% of additional capacity is available in the deep discharging region for a stationary cell at 0% SoC. The risk of thermal runaway is assessed as low based on the temperature measurements and a literature review. To investigate the rise in pressure, the thickness of all cells are measured, and the in situ pressure is measured for three samples. The risk for electrolyte leakage is assessed as low. The rebound voltage and cell thickness are followed up to one week after the discharge procedure. After a short-circuit of 30 minutes, the rebound voltage of all cells is near 2.0 V, but a slightly longer short circuit duration would be necessary to reliably achieve this threshold. The total procedure time is much shorter than those of alternative discharge procedures, while still remaining safe. / Som svar på den nuvarande och förväntade tillväxten inom elbilsindustrin är utvecklingen av en storskalig, tillförlitlig och effektiv återvinningssektor för litiumjonbatterier avgörande för att säkerställa cirkularitet för de inbäddade värdefulla metallerna och säkerställa teknikens övergripande hållbarhet. En av de viktigaste återvinningsmetoderna som är under utveckling baseras på hydrometallurgi. Som ett förbehandlingssteg innan litiumjonbatterier kan genomgå denna process måste de avaktiveras för att förhindra okontrollerad frisättning av den elektriska energi som de innehåller. Detta deaktiveringssteg utförs ofta genom djupurladdning av batterierna till 0.0 V, istället för den vanliga lägre gränsen runt 3.0 V. Vanligtvis utförs djupurladdning genom anslutning till resistorer eller genom nedsänkning i en saltlösning. Eftersom urladdningsströmmen avtar proportionellt mot terminalspänningen kan denna procedur dock vara ganska långsam, särskilt om man vill förhindra stora återkopplingsspänningar. I detta arbete undersöks genomförbarheten av en snabbare urladdningsprocedur när det gäller urladdningshastighet, effektivitet och säkerhet. Det föreslagna förfarandet innebär djupurladdning vid konstant ström med en kontrollerbar belastning, följt av omedelbar applicering av en extern kortslutning. C-hastigheten under urladdning med konstant ström varieras för att studera dess effekter. Kortslutningen appliceras vid en terminalspänning på 0.0 V eller 1.0 V. Säkerheten för båda processtegen bedöms experimentellt. De huvudsakliga säkerhetsriskerna som granskas är temperaturökningen och den efterföljande risken för termisk rusning, samt risken för elektrolytläckage på grund av tryckökning och svullnad. I det experimentella arbetet djupurladdas två typer av prismatiska NMC811-celler i storformat från en SoC på 0%. Experimenten är begränsade till enstaka celler. Det visade sig att ytterligare 4% kapacitet finns tillgänglig i djupurladdningsområdet för en stationär cell vid 0% SoC. Risken för termisk urladdning bedöms som låg baserat på temperaturmätningarna och en litteraturgenomgång. För att undersöka tryckökningen mäts tjockleken på alla celler och in situ-trycket mäts för tre prover. Risken för elektrolytläckage bedöms som låg. Återkopplingsspänningen och cellernas tjocklek följs upp upp till en vecka efter urladdningsproceduren. Efter en kortslutning på 30 minuter är returspänningen för alla celler nära 2.0 V, men en något längre kortslutningstid skulle vara nödvändig för att tillförlitligt uppnå detta tröskelvärde. Den totala tiden för proceduren är mycket kortare än för alternativa urladdningsprocedurer, samtidigt som den fortfarande är säker.

This report employs advanced Raman spectroscopy techniques to investigate the fundamental properties of 9-AGNRs comprehensively. It is divided into two main sections addressing distinct aspects of 9-AGNR behavior. In the first section, Polarization Raman spectroscopy (PRS) probes phonon mode symmetries in 9-AGNRs. Our analysis reveals deviations from predicted symmetries, suggesting the presence of lattice defects. We also investigate specific phonon modes (G, D, and RBLM), providing insights into lattice integrity. The second section employs temperature-dependent Raman spectroscopy to explore the thermal properties of 9-AGNRs. This dynamic analysis quantifies vibrational mode responsiveness to temperature variations using the Grüneisen parameter (χ). Comparisons across various carbon-based materials uncover distinct sensitivities and stabilities. This research advances our understanding of 9-AGNR properties, with implications for nanomaterial science and potential applications. / Denna rapport använder avancerade Raman spektroskopitekniker för att på ett omfattande sätt undersöka de grundläggande egenskaperna hos 9-AGNRs. Den är uppdelad i två huvudsektioner som tar upp distinkta aspekter av 9-AGNR beteende. I det första avsnittet sonderar Polarisation Raman spektroskopi (PRS) fononlägessymmetrier i 9-AGNRs. Vår analys avslöjar avvikelser från förutsagda symmetrier, vilket tyder på närvaron av gitterdefekter. Vi undersöker också specifika fononlägen (G, D och RBLM), vilket ger insikter om gitterintegritet. Den andra sektionen använder temperaturberoende Raman-spektroskopi för att utforska de termiska egenskaperna hos 9-AGNRs. Denna dynamiska analys kvantifierar vibrationslägets känslighet för temperaturvariationer med hjälp av Grüneisen-parametern (χ). Jämförelser mellan olika kolbaserade material avslöjar distinkta känsligheter och stabiliteter. Denna forskning främjar vår förståelse av 9-AGNR-egenskaper, med implikationer för nanomaterialvetenskap och potentiella tillämpningar.