The Current Move of Lithium Ion Batteries Towards the Next Phase

Abstract

Application targets of lithium ion batteries (LIBs) are moving from small‐sized mobile devices of information technology to large‐scale electric vehicles (xEVs) and energy storage systems (ESSs). Environmental issues and abruptly increasing power demands are pushing high performance energy storage devices or systems onto markets. LIBs are one of the most potential candidates as the energy storage devices mainly due to their high energy densities with fairly good rate capabilities and a fairly long cycle life. As battery systems become larger in terms of stored energy as well as physical size, the safety concerns should be more seriously cared. Each application target has its own specification so that electrode materials should be chosen to meet requirements of the corresponding application. This report diagnoses the current market trends of LIBs as a primary topic, followed by giving an overview of anode and cathode material candidates of LIBs for xEVs and ESSs based on their electrochemical properties.

Nanotechnology for environmentally sustainable electromobility

“…Although many of these lifecycle attributes pertain to the device as a whole (e.g., energy density, power density, and lifetime), we will consider the materials in isolation for greater ease of analysis. Thus, a cathode with high specific capacity and operating voltage will be described as a "high energy density cathode" 38 because its combination with an appropriate anode allows for a high energy density LIB.…”

“…The cathode material cycling efficiency can be nearly 100%, whereas the carbonaceous (graphite) anode shows initial efficiency of 95% and lower 38 . In addition to stated cycling efficiencies, the efficiency was evaluated based on voltage hysteresis and factors contributing to internal resistance, such as phase transition, material polarization, electrical conductivity, and structural change.…”

Synthesis and Electrochemical Performance of Reduced Graphene Oxide/AlPO4-coated LiMn1.5Ni0.5O4for Lithium-ion Batteries

“…However, it still requires carrying out higher energy density for the applications to the power sources in hybrid electric vehicles (HEV) and plug-in hybrid electric vehicles (PHEV). 1 In this regard, since manganese (Mn) and iron (Fe) are environmentally friendly elements as well as inexpensive, LiMn 2 O 4 (4 V spinel) and LiFePO 4 (3.4 V olivine) cathodes have become more attractive, which offer better safety and higher-rate capability compared to the layered oxide cathodes. Nevertheless, they suffer from the limited energy density due to their low capacity and/or operating voltage.…”

Revisión del estado del arte de baterías para aplicaciones automotrices

“…HEV, PHEV y EV tienen la ventaja de brindar mejores prestaciones en especial por la aceleración que poseen, originada por el torque instantáneo disponible por el ME, que ocupan. (Kim et al, 2012;Mahmoudzadeh Andwari, Pesiridis, Rajoo, Ricardo, & Esfahanian, 2017;Thackeray et al, 2012;Williamson, 2013) Los requerimientos de las baterías de uso automotriz dependen de las funciones que deban cumplir en el automóvil, según la EUROBAT (Association of European Automotive and Industrial Battery Manufacturers) se clasifican a los vehículos en tres clases: la clase 1 corresponde a los vehículos convencionales, poseen una batería SLI (Start, lighting and ignition en sus siglas en inglés), cumple las funciones de arranque, iluminación e ignición, también se incluyen los vehículos que tienen sistemas Start-stop y microhíbridos, el voltaje que manejan estas baterías es de 12 V. La clase 2 corresponde a HEV, la batería es importante en esta clase de automóviles, puesto que la energía almacenada se ocupa para el funcionamiento del ME y en consecuencia propulsar al vehículo; debe soportar la carga por el freno regenerativo que disponen, estas baterías tienen un voltaje entre 48 V y 400 V, además disponen de una batería auxiliar SLI. Por último, en los vehículos de clase 3, se encuentran los PHEV y EV; en el caso de vehículos PHEV, poseen una batería que les permite una autonomía de entre 20 a 50 km en modo totalmente eléctrico; tanto PHEV como EV, deben poseer baterías que soporten el estrés de una descarga y carga al momento en que son conducidas, tienen un sistema de alto voltaje entre 250 V y 600 V y tienen una batería auxiliar SLI.…”

“…Generalmente para aplicaciones en HEV se necesita alrededor de 50 celdas mientras que para PHEV y EV se necesitan de 80 celdas para formar un módulo de batería, además se necesitan componentes adicionales para que el conjunto sea lo suficientemente robusto y cumpla con la vida útil para el cual está diseñado, por tal motivo cuando las baterías tienen tal complejidad se los conoce como sistemas de baterías. (EUROBAT, ILA, ACEA, JAMA, & KAMA, s. f.; Kim et al, 2012;Lu, Han, Li, Hua, & Ouyang, 2013) También se clasifican según los materiales utilizados en la construcción de sus componentes internos; en la industria automotriz principalmente son:…”