Simulation-based determination of the thermophysical properties of lithium-ion and sodium-ion batteries as a function of composition and data on the pure materials

Die Temperierung von Interkalationsbatterien wie Lithium- (LIB) und Natrium-Ionen-Batterien (SIB) dient der Verbesserung der Performance sowie der Erhöhung der Sicherheit und Langlebigkeit. Besonders beim Einsatz in großen Zellverbundsystemen wie batterieelektrischen Fahrzeugen oder großen stationären Energiespeichern ist hierfür die Anwendung von Thermomanagementsystemen essenziell. Zur Auslegung solcher Systeme sind die thermophysikalischen Eigenschaften, im speziellen die Wärmeleitfähigkeit, Dichte und spezifishe Wärmekapazität, wichtige Größen. Die Eigenschaften für neue Zellsysteme wie next-Generation LIB oder SIB sind hierbei schlecht oder gar nicht erforscht. ... mehrIn simulativen Studien wurde ausgehend von den Reinstoffwerten die Effetivwerte für Batterieelektroden, als kleinste gemeinsame Einheit zwischen unterschiedlichen Zellformaten, bestimmt. Darüber hinaus wurden Variationsstudien durchgeführt um den Einfluss von Zusammensetzung und Reinstoffwert der Aktivmaterialien auf den Effektivwert aufzuzeigen.

Temperature control of intercalation batteries such as lithium-ion (LIB) and sodium-ion (SIB) batteries serves to improve performance and increase safety and lifespan. The use of thermal management systems is essential for this, particularly when used in large battery cell systems such as battery-electric vehicles or large stationary energy storage systems. For the design of such systems, thermophysical properties—specifically thermal conductivity, density, and specific heat capacity—are key parameters. However, the properties of new cell systems, such as next-generation LIBs or SIBs, have been poorly studied or not researched at all. ... mehrIn simulation studies, the effective values for battery electrodes—as the smallest common unit across different cell formats—were determined based on the values of the pure materials. Additionally, variation studies were conducted to demonstrate the influence of the composition and pure material values of the active materials on the effective value.