Review on the aging mechanisms in Li-ion batteries and degradation models

Li-ion batteries are a key technology for present and future electric energy storage applications in both mobile and stationary use. In particular, batteries play a key role in the migration to electric propulsion that is taking place in the automotive and mobility fields more generally; therefore, the possibility of estimating with ever greater precision the degradation of electrochemical accumulations acquires an increasing importance for their widespread and reliable use. The first aim of this thesis is the analysis of all the chemical factors and not, involved in the aging process of a battery. In this context, the important role of the environmental and usage influencing factors affecting the battery itself were highlighted. Secondly, we have been asked about what models of ageing are present in the literature and how they can be modified to arrive at a general model and for the definition of aging phases. Differently from what is proposed by several articles, in order to define the best aging algorithm, it was decided to proceed with the study using as an indicator the capacity as a function of the charge moved to release from a definition of the work cycle that would lose the generality of the proposed model.

Le batterie agli ioni di litio sono una tecnologia chiave per applicazioni presenti e future di accumulo di energia elettrica sia in utilizzo mobile che stazionario; in particolare rivestono un ruolo fondamentale nella migrazione alla propulsione elettrica che sta avvenendo nel campo automobilistico e della mobilità più in generale, quindi la possibilità di stimare con sempre maggiore precisione il degrado degli accumuli elettrochimici acquista un’importanza sempre maggiore per il loro utilizzo diffuso e affidabile. Il primo obbiettivo di questa tesi è l’analisi di tutti i fattori chimici, e non, coinvolti nel processo di invecchiamento di una batteria. In questo ambito è stato evidenziato il ruolo importante dei fattori influenzanti ambientali e di utilizzo della stessa. In secondo luogo ci si è interrogati su quali siano i modelli di invecchiamento presenti in letteratura e come questi possano essere modificati per arrivare a un modello generale e per la definizione di fasi di invecchiamento. Contrariamente a quanto proposto da diversi articoli, al fine di definire il migliore algoritmo di invecchiamento, si è voluto procedere nello studio utilizzando come indicatore la capacità in funzione della carica mossa per svincolarsi da una definizione di ciclo di lavoro che farebbe perdere di generalità il modello proposto.