Different kinds of batteries suit different applications, and consequently several different chemistries exist. In order to better understand the limitations of low temperature performance, a Li-ion battery chemistry normally intended for room temperature use, graphite-Lithium Iron Phosphate, with 1 M LiPF6 ethylene carbonate:diethylene carbonate electrolyte, is here put under testing at -10°C and compared with room temperature cycling performance. Understanding the temperature limitations of this battery chemistry will give better understanding of the desired properties of a substitute using alternative materials. The experimental studies have comprised a combination of battery cycle testing, and surface analysis of the electrodes by Scanning Electron Microscopy and X-Ray Photoelectron Spectroscopy. Results showed that with low enough rate, temperature is less of a problem, but with increased charge rate, there are increasingly severe effects on performance at low temperatures. XPS measurements of low charge rate samples showed similar Solid Electrolyte Interface layers formed on the graphite anode for room- and low temperature batteries, but with indications of a thicker layer on the former. A section of the report handles specific low temperature battery chemistries. The conclusions- and outlook were made by comparing the results found in the study with earlier findings on low temperature Li-ion batteries and present possible approaches for modifying battery performance at lowered temperatures. / I detta projekt har litium-jon-batterier testats i avseende på sina lågtemperaturprestanda. Arbetet gjordes genom att testa och jämföra prestantda mellan prover vid -10°C och rumstemperaturprover. Med analytiska instrument studerades både den morfologiska och kemiska förändring som skett under användning. Vald batterikemi har varit av slaget grafit-litiumjärnfosfat med en typisk organisk elektrolyt. Denna batterikemi är inte på något sätt anpassad för lågtemperaturprestanda och med det hoppas kunna påvisas de effekter som en mer lämpligt lågtemperaturkemi åtgärdar, och förstå hur de gör det. Med låg temperatur uppkommer en större ’tröghet’ för de kemiska reaktioner som sker i ett batteri. Om designen inte är särskilt gjord för låg temperatur kan effekterna bli osäkra, rent av farliga. Risken ökar nämligen för plätering av metalliskt litium på den negativa elektroden, och skulle litiumdeponeringen växa i den riktning som kopplar samman batteriets poler så kortsluts systemet. Med den höga energidensitet som karaktäriserar litium-jon-batterier vore en kortslutning extra beklaglig då den organiska elektrolyten kan antändas, med en potentiell explosion som följd.Inom särskilda applikationer kan lågtemperaturmiljöer förväntas för ett batteri, till exempel för fordon. En elbil i skandinaviskt klimat skulle behöva fungera ohindrat även vintertid, då temperaturerna ofta når -10°C och lägre. Samtidigt får man påminnas om att litium-jon-batterierna är relativt moderna och ännu inte har fått något stort genomslag som framdrivningsmedel. Detta försätter bilindustrin i ett krafigt behov av omfattande forskning för att kunna ta strategiskt sunda beslut för att möjliggöra en ordentlig introducering av elbilar som trovärdig ersättare till de fossilt drivna bilarna. I linje med trenden att ständigt bygga säkrare bilar måste elbilarna kunna visa upp förutsägbarhet, och med detta pålitlighet och säkerhet. I detta arbetet erhölls resultat som visade på batterifunktion även vid den sänkta temperaturen, men med gränser för hur snabbt laddningöverföring kunde ske jämfört med i rumstemperatur. Bevis för bildande av skyddsfilm på anod efter 1.5 battericykler, snarlik komposition för -10°C - och rumstemperaturbatterier – men med vissa indikationer på ett tjockare bildat lager hos den senare. Därtill gjordes jämförelser med specifika lågtemperaturselektrolyter, där en skillnad i framförallt innehåll utav etylkarbonat (mindre andel vid lågtemperaturapplikationer) uppvisar stora förbättringar i kallare klimat. En sådan provblandning gjordes och uppvisade bättre prestanda vid -10°C än rumstemperaturbatterier med standardelektrolyt. Arbetet har utförts vid Institutionen för Kemi-Ångström vid Uppsala universitet.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:uu-251356 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Nilsson, Johan Fredrik |
| Publisher | Uppsala universitet, Institutionen för kemi - Ångström |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | UPTEC K, 1650-8297 ; 14022 |
Page generated in 0.0023 seconds