Investigations of Copper Contamination in Lithium-Ion Batteries Using Non-intrusive Analytical Methods

Denne bacheloroppgaven tar for seg oppdagelse av kontaminasjon i litiumionbatterier under de første syklusene. Hovedmålet med oppgaven er å finne ut om analysemetoder som differensiell spenningsanalyse (DVA) eller inkrementell kapasitetsanalyse (ICA) kan indikere kontaminasjon. For dette ble både kontaminerte og ikke-kontaminerte NMC111-celler med litiumanoder laget og testet. Spenningskurven til cellene ble deretter analysert ved hjelp av DVA og ICA. På grunn av problemer med elektrolytten under produksjonen av cellene, er antallet resultater begrenset. De ikke-kontaminerte NMC111-cellene fungerte som forventet. Litiumanoden resulterte i stabile celler som kunne brukes som referanse for de kontaminerte cellene. Den første runden med kontaminerte celler fungerte ikke som forventet og hadde en ujevn spenningskurve. Cellene var kontaminert med 0,4 mg kobber mellom separatoren og katoden. Hypotesen var at cellene ville reagere bort kobberet før de fortsatte oppladingen, noe som bør resultere i en liten stagnasjon. Vanskeligheter med målingen av små mengder kobber begrenset mengden forskning som kunne utføres. De kontaminerte cellene viste en lik stagnasjon i spenning ved cirka 3,6 V. Etter stagnasjonen hadde alle cellene et spenningsfall før de ble ujevne. Den andre runden med kontaminerte celler ble laget med mindre kontaminasjon. Disse cellene fulgte samme oppførsel og eksemplifiserte samme stagnasjon som den første kontaminerte runden. Denne oppførselen antas å stamme fra dannelsen av metalldendritter på anodesiden. Disse dendrittene bryter seg gjennom separatoren, noe som forårsaker en intern kortslutning. Kortslutningen fører til høye strømmer som smelter dendrittene. Denne syklusen forårsaker kontinuerlig svingning i spenningen, noe som gjør cellene ubrukelige. For å analysere spenningsdataene ble det laget et nytt analyseverktøy. Verktøyet er en figur som kombinerer spenningskapasitetsforhold, DVA, en ICA og det reversible potensialet for mulige metallredoksreaksjoner. Denne kombinasjonsfiguren tillater enkel undersøkelse mellom forskjellige typer analyser, noe som gjør det lettere å se sammenhenger. Figuren ble ikke brukt mye, på grunn av manglende fungerende kontaminerte celler. Videre studier bør utforske potensialet til kombinasjonsfiguren. En større utvalgsstørrelse må lages, og forskjellige elektrodesammensetninger bør testes. I tillegg bør forskjellige C-rater og testprosedyrer testes. Til slutt må en ny måte å introdusere en nøyaktig mengde kob