008240612s2023      us  |||||||||||||||c||eng  d
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■020    ▼a9798380367585
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI30633020
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a660
■1001  ▼aKonz,  Zachary  Martin.
■24510▼aLithium  Plating  Detection,  Quantification,  and  Modeling  to  Enable  Lithium-Ion  Battery  Fast-Charging▼h[electronic  resource]
■260    ▼a[S.l.]:▼bUniversity  of  California,  Berkeley.  ▼c2023
■260  1▼aAnn  Arbor  :▼bProQuest  Dissertations  &  Theses,  ▼c2023
■300    ▼a1  online  resource(110  p.)
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  85-03,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  McCloskey,  Bryan  D.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  California,  Berkeley,  2023.
■506    ▼aThis  item  must  not  be  sold  to  any  third  party  vendors.
■520    ▼aA  key  challenge  for  energy  storage  and  conversion  technologies  is  finding  simple,  reliable  methods  that  can  identify  device  failure  and  prolong  lifetime.  Lithium  plating  is  a  well-known  degradation  process  that  prevents  Li-ion  battery  fast  charging,  which  is  essential  to  reduce  electric  vehicle  'range  anxiety'  and  enable  emerging  technologies  such  as  aerial  drones  and  high-performance  portable  electronics.  The  ability  to  detect  the  initial  onset  of  lithium  plating  from  easily  accessible  voltage  measurements  would  greatly  improve  battery  safety  and  feedback  controls  modeling.  In  this  work,  we  first  highlight  the  application  of  a  differential  open-circuit  voltage  analysis  (dOCV)  to  detect  when  Li  plating  begins  during  a  single  charge  for  room  temperature  fast  charging.  We  also  show  that  dOCV  can  identify  the  Li  plating  onset  during  cycling  with  sensitivity  of  1  mg  plated  Li  per  gram  graphite,  equivalent  to  1%  of  the  graphite  capacity,  indicating  that  this  method  has  commercial  promise  for  on-line  Li  detection.Next,  we  demonstrate  the  power  of  simple,  accessible,  and  high-throughput  cycling  techniques  to  quantify  irreversible  Li  plating  spanning  data  from  over  200  cells.  We  first  observe  the  effects  of  energy  density,  charge  rate,  temperature,  and  State-of-Charge  (SOC)  on  lithium  plating,  use  the  results  to  refine  mature  physics-based  electrochemical  models,  and  provide  an  interpretable  empirical  equation  for  predicting  the  plating  onset  SOC.  We  then  explore  the  reversibility  of  lithium  plating  and  its  connection  to  electrolyte  design  for  preventing  irreversible  Li  accumulation.  Finally,  we  design  a  method  to  quantify  in-situ  Li  plating  for  commercially  relevant  Graphite|LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2  (NMC)  cells  and  compare  with  results  from  the  experimentally  convenient  Li|Graphite  configuration.  The  hypotheses  and  abundant  data  in  this  section  were  generated  primarily  with  equipment  universal  to  the  battery  researcher,  encouraging  further  development  of  innovative  testing  methods  and  data  processing  that  enable  rapid  battery  engineering.Finally,  we  consider  the  challenge  of  highly  variable  charging  conditions  possible  in  commercial  cells.  We  combine  pseudo-2D  electrochemical  modeling  with  data  visualization  methods  to  reveal  important  relationships  between  the  measurable  cell  voltage  and  difficult-to-predict  Li  plating  onset  criteria.  An  extensively  validated  model  is  used  to  compute  lithium  plating  for  thousands  of  multistep  charging  conditions  spanning  diverse  rates,  temperatures,  states-of-charge  (SOC),  and cell  aging.  We  observe  an  empirical  cell  operating  voltage  limit  below  which  plating  does  not  occur  across  all  conditions,  and  this  limit  varies  with  battery  state-of-charge  and  aging.  A  model  sensitivity  analysis  also  indicates  that  when  comparing  two  charging  voltage  profiles,  the  capacity  difference  at  4.0V  correlates  well  with  the  difference  in  the  plating  onset  capacity.  These  results  encourage  simple  strategies  for  Li  plating  prevention  that  are  complementary  to  existing  battery  controls. 
■590    ▼aSchool  code:  0028.
■650  4▼aChemical  engineering.
■650  4▼aEnergy.
■650  4▼aSustainability.
■653    ▼aLi-ion  battery
■653    ▼aFast-charging
■653    ▼aLithium  plating
■653    ▼aLithium-ion
■653    ▼aElectrochemical  models
■690    ▼a0542
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■690    ▼a0640
■71020▼aUniversity  of  California,  Berkeley▼bChemical  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g85-03B.
■773    ▼tDissertation  Abstract  International
■790    ▼a0028
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2023
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T16934695▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.
■980    ▼a202402▼f2024