Performance and Safety of Lithium-Ion Electrodes and Cells: Modeling, Simulation, and Validation at Elevated Temperatures and Currents
Übersetzter Titel:
Modellbildung, Simulation, und Validierung des Leistungs- und Sicherheitsverhaltens von Lithium-Ionen-Elektroden und Zellen bei erhöhten Temperaturen und Strömen
Autor:
Rheinfeld, Jan Alexander Gerrit
Jahr:
2019
Dokumenttyp:
Dissertation
Fakultät/School:
Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik
Betreuer:
Jossen, Andreas (Prof. Dr.)
Gutachter:
Jossen, Andreas (Prof. Dr.); Garche, Jürgen (Prof. Dr.)
In this thesis, experimental and computational methods are developed and combined on electrode and cell level in order to allow for a thorough evaluation of high performance and safety characteristics of lithium-ion batteries, focusing on a characterization of cell thermal runaway. Means of studying the evolution, initiation, and possible mitigation of cell thermal runaway are presented. Due to the thermal nature of this problem, the focus is laid on the investigation of heat generation and heat dissipation at elevated temperatures and currents.
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In this thesis, experimental and computational methods are developed and combined on electrode and cell level in order to allow for a thorough evaluation of high performance and safety characteristics of lithium-ion batteries, focusing on a characterization of cell thermal runaway. Means of studying the evolution, initiation, and possible mitigation of cell thermal runaway are presented. Due to the thermal nature of this problem, the focus is laid on the investigation of heat generation and heat...
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Übersetzte Kurzfassung:
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden experimentelle und simulationsbasierte Methoden auf Elektroden- und Zellebene entwickelt und kombiniert, um das Sicherheitsverhalten von Batterien im Hinblick auf das exotherme Abreagieren bzw. thermische Durchgehen von Lithium-Ionen-Zellen beurteilen zu können. Hierbei werden Ansätze vorgestellt, um den eigentlichen Verlauf, die zugrundeliegenden Auslösemechanismen sowie ein mögliches Einschreiten zur Abschwächung eines thermischen Durchgehens beschreiben und bewerten zu können. Um der thermischen Natur des Problems gerecht zu werden, liegt der Fokus der Betrachtungen auf der Wärmeerzeugung und der Wärmeabgabe bei erhöhten Zelltemperaturen und -strömen.
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Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden experimentelle und simulationsbasierte Methoden auf Elektroden- und Zellebene entwickelt und kombiniert, um das Sicherheitsverhalten von Batterien im Hinblick auf das exotherme Abreagieren bzw. thermische Durchgehen von Lithium-Ionen-Zellen beurteilen zu können. Hierbei werden Ansätze vorgestellt, um den eigentlichen Verlauf, die zugrundeliegenden Auslösemechanismen sowie ein mögliches Einschreiten zur Abschwächung eines thermischen Durchgehens beschreibe...
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