Thermodynamic reduced order models to understand voltage and entropy profiles in systematically varied graphite and lithium manganese oxide spinel cells

Lancaster

Encuentro; Meeting in The Faraday Institution, Lancaster University; 2018

La comprensión del papel de las transiciones de fase durante la litiación y delitiación del grafito, sigue siendo un problema de fundamental importancia, pero también de relevancia práctica debido a su uso generalizado comoel material del ánodo en la mayoría de las celdas comerciales de iones de litio. Algunos cálculos de Teoría del Funcional de la Densidad realizados recientemente (DFT) muestran un cambio rápido en la interacción de litio-carbono en baja ocupación, debido a la transferencia parcial de carga de Li a C. Integramos este efecto en nuestro modelo de campo medio de dos niveles desarrollado previamente, el cual describe la Stage I ? Stage II en grafito. El modelo modificado describe adicionalmente la transición más predominante que ocurre con un bajo contenido de Li en el grafito, lo que da como resultado una característica inexplicable en perfiles de voltaje y dQ/dV, y mediciones termodinámicas de entalpía molar parcial. A diferencia de la transición de Stage I- Stage II, esta característica adicional no está asociada con características observables en la entropía molar parcial y nuestro modelo demuestra por qué. El cambio brusco en el voltaje de circuito abierto en muy baja ocupación luego pasa a una meseta de voltaje (pico en dQ/dV) debido a los efectos contrastantes de los términos de entropía y entalpía molar parcial sobre la energía de Gibbs molar parcial.Por lo tanto, el perfil de voltaje y las transiciones de fase se pueden aproximar para todas las ocupaciones de litio, permitiendo potencialmente una capacidad predictiva en modelos de nivel celular.