| dc.description.abstract | Varmeproduksjon og batteriets indre temperatur har stor innvirkning på ytelse og aldring av litium-ion batteri (LIB). Derfor spiller batteriets termiske styringssystem en avgjørende rolle for å redusere disse effektene i løpet av batteriets levetid. Å forstå de termiske ledningsevnene til batterikomponentene og de faktorene som påvirker disse evnene, vil bidra til mer nøyaktig temperaturforutsigelse inne i cellen og vil bidra til å forbedre strategiene for termisk styring i disse batterier.
Denne oppgaven rapporterer termisk ledningsevne til en FS3006-25 separator og kommersielle elektroder fra to LIB-celler. En celle som bruker LCO som katode og grafittanode, den andre cellen bruker en NMC katode og grafittanode. Materialene har målt under forskjellige trinn av komprimeringstrykk. I tillegg ble effekten av elektrolyttløsningsmidlet, celle aldring og termisk grensesnittmotstand mellom cellelagene undersøkt. Til slutt ble effekten av disse faktorene på den termiske varmetransporten inne i batteriet bestemt ved hjelp av en enkel endimensjonal termisk modell som simulerte temperaturfordelingen inne i batteriet.
Separatorens varmeledningsevne varierte fra 0.116 til 0.124 W/k m for et påført trykk fra 2,7 til 11,6 bar. NMC-katodens varmeledningsevne varierte fra 0,35 til 0,38 W/k m, mens LCO-katoden varierte fra 0,51 til 0,65 W/k m. Når det gjelder anoder, varierte varmeledningsevnen fra 0,427 til 0,597 W/k m. Tilsetning av elektrolyttløsningsmidlet økte materialers varmeledningsevne med en faktor på 2, 3 og 4.
De termiske modellene viste at tilsetning av elektrolyttløsningsmidlet tilLIB-cellelagene senker temperaturen i senteren av batteriet med 0,8 K for den NMC cellen (30 A/m ^2 current density), mens den LCO (13,1 A/m ^2 current density) temperaturen i senteren av batteriet redusert med 0,08 K. Videre, elektroder fra batteriet ved (beginning of life BOL) varmeledningsevne har målet og sammenlignet med (fresh) elektroder (aldri vært i batteri før). BOL NMC katode måling viste rundt 35 % lavere varmeledningsevneverdier enn (fresh) katoden.
Til slutt, den termisk kontaktmotstand mellom LIB-cellelagene ble målet. Resultatene viste en termisk kontaktmotstand på 4,3 E-5 K m ^2 w ^- 1 for LCO-katoden og 2,1 E-5 K m ^2 w ^- 1 for NMC-katoden. Anodenes termiske kontaktmotstand mot separatoren har målet på omtrent 6.5 E-5 K m ^2 w ^- 1. Tilsetning av elektrolyttløsningsmidlet reduserte termisk kontaktmotstand med en faktor på ca. 2 for katodene og ca. 7 for anodene. | |
| dc.description.abstract | Heat generation and cell internal temperature have a large impact on Lithium-ion battery (LIB) cell performance and ageing mechanisms. Therefore, the battery thermal management system plays a critical role in mitigating all these effects during the battery life cycle. Understanding the thermal conductivities of the battery components and the factors that affect these values will help predict the temperature inside the cell, further improve the thermal management system.
This thesis reports the thermal conductivity of an FS3006-25 separator and commercial electrodes from two LIB cells. One cell utilizing LCO as the cathode and graphite as the anode, the other cell utilizing an NMC cathode and graphite anode. The materials are measured at different compaction pressure steps. In addition, the effect of the electrolyte solvent, cell assembly and thermal interface resistance between the cell layers were investigated. Finally, the effect of these factors on the heat transport inside the battery was determined using a simple one-dimensional thermal model simulating the temperature distribution inside the battery.
The thermal conductivity of the separator ranged from 0.116 to 0.124 W k^-1m^-1 for an applied pressure from 2.7 to 11.6 bar. NMC cathode thermal conductivity ranged from 0.35 to 0.38 W k^-1 m^-1 while the LCO cathode ranged from 0.51 to 0.65 W k^-1m^-1. In the case of anodes, the thermal conductivity ranged from 0.427 to 0.597 W k^-1m^-1. Adding the electrolyte solvent increased the thermal conductivity of the measured materials by a factor of 2 to 4.
In addition, the thermal models showed that adding the electrolyte to the cell layers decreases the centre temperature by 0.8 K for the NMC cell (30 A/m^2 charging current density), while the LCO cell (13.1 A/m^2 charging current density) centre temperature decreased by 0.08 K. Furthermore, electrodes at beginning of life (BOL) thermal conductivity are measured and compared to fresh electrodes. The BOL NMC cathode measurement showed around 35 % lower thermal conductivity values compering to the fresh cathode.
Finally, the thermal interface resistance between the LIB cell layers is measured. Results showed a thermal contact resistance of 4.3 E-5 K m^2 w^-1 for the LCO cathode and 2.1 E-5 K m^2 w^-1 for the NMC cathode. Anode thermal contact resistance to the separator is measured at about 6.5 E-5 K m^2 w^-1. Adding the electrolyte solvent decreased the thermal contact resistance by a factor of about 2 for the cathodes and about 7 for the anode. | |
