Optimum fast charging of lithium-ion pouch cells based on local volume expansion criteria

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作者
Franz B. Spingler,Wilhelm Wittmann,Johannes Sturm,Bernhard Rieger,Andreas Jossen
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:393: 152-160 被引量:90
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2018.04.095
摘要

Abstract Fast charging of high-energy lithium-ion cells is desired in many applications but there is a lack of simple methods to determine the maximum charging current a cell will accept without sustaining damage. Here we explore the link between local volume expansion and lithium plating on the graphite anode of lithium-ion cells and propose a method that makes use of this link to design fast and gentle charging protocols. The expansion across the entire surface of a commercial nickel-manganese-cobalt-lithium oxide/graphite pouch cell is measured in short intervals using laser triangulation while operating the cell under various conditions. Irreversible expansion and expansion overshoots are correlated to voltage relaxation curves, post-mortem findings and capacity loss. Using the proposed method, a fast charging protocol is derived and validated in a cycle study covering 1000 cycles. The fast charging protocol enables both a 11% charging time reduction and a 16% reduction of capacity loss per cycle as compared to 1C constant current – constant voltage charging.

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