Mapping internal temperatures during high-rate battery applications

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作者
Thomas M. M. Heenan,Isabella Mombrini,Alice V. Llewellyn,Stefano Checchia,Chun Tan,Michael J. Johnson,Anmol Jnawali,Gastón Garbarino,Rhodri Jervis,Dan J. L. Brett,Marco Di Michiel,Paul R. Shearing
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:617 (7961): 507-512 被引量:212
标识
DOI:10.1038/s41586-023-05913-z
摘要

. Here, we characterize the state of charge, mechanical strain and temperature within lithium-ion 18650 cells operated at high rates (above 3C) by means of two advanced synchrotron XRD methods: first, as entire cross-sectional temperature maps during open-circuit cooling and second, single-point temperatures during charge-discharge cycling. We observed that a 20-minute discharge on an energy-optimized cell (3.5 Ah) resulted in internal temperatures above 70 °C, whereas a faster 12-minute discharge on a power-optimized cell (1.5 Ah) resulted in substantially lower temperatures (below 50 °C). However, when comparing the two cells under the same electrical current, the peak temperatures were similar, for example, a 6 A discharge resulted in 40 °C peak temperatures for both cell types. We observe that the operando temperature rise is due to heat accumulation, strongly influenced by the charging protocol, for example, constant current and/or constant voltage; mechanisms that worsen with cycling because degradation increases the cell resistance. Design mitigations for temperature-related battery issues should now be explored using this new methodology to provide opportunities for improved thermal management during high-rate electric vehicle applications.
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