ALIDISSI, a Research Program to Evaluate Electrochemical Impedance Spectroscopy as a SoC and SoH Diagnosis Tool for Li-ion Batteries

ALIDISSI, un programme de recherche destiné à évaluer la spectroscopie d’impédance électrochimique comme outil de détermination de l’état de charge et de l’état de santé des batteries lithium-ion

V. Sauvant-Moynot¹, J. Bernard¹, R. Mingant¹, A. Delaille², F. Mattera², S. Mailley³, J.-L. Hognon⁴ and F. Huet⁵

¹ Institut français du pétrole, IFP-Lyon, Rond-point de l’échangeur de Solaize, BP 3, 69360 Solaize - France
² CEA-LITEN, INES, Savoie Technolac, 50 avenue du Lac Léman, BP 332, 73337 Le Bourget-du-Lac Cedex - France
³ CEA-LITEN, 17 rue des Martyrs, 38054 Grenoble Cedex 9 - France
⁴ Material Mates, Guilletière, 39700 Sarcenas - France
⁵ CNRS UPR15-LISE, UPMC-Paris 6, Université Pierre et Marie Curie, 4 place Jussieu, 75252 Paris Cedex 05 - France

Abstract

ALIDISSI is a French research project aiming at evaluating Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) as a diagnosis tool for Li-ion batteries to be used in future Hybrid Electric Vehicles (HEV) and on-grid photovoltaic (PV) systems. This paper describes the project methodology. A review of ageing mechanisms in lithium-ion batteries is proposed first to point out the main processes reported in the literature and their related accelerating factors. The accelerating ageing profiles developed in this project to accelerate ageing in lithium-ion batteries are described next for both applications. Preliminary results obtained on 3-electrode prototype pouch cells made with traditional electrode couple like LiNiCoAlO₂/LiC₆ and a promising electrode couple (LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂) are also presented in the last part of this work.

Résumé

ALIDISSI est un projet de recherche français dont l’objectif est d’évaluer l’utilité de la Spectroscopie d’Impédance Électrochimique (SIE) comme outil de diagnostic pour les batteries Li-ion. Cet outil pourra être utilisé pour le diagnostic des batteries de véhicules hybrides et des systèmes de stockage de l’énergie d’origine photovoltaïque. Cet article a pour objectif de présenter le projet ALIDISSI. Il décrit la méthodologie mise en place et les procédures originales définies pour accélérer le vieillissement d’éléments de batteries Li-ion. Les profils de vieillissement ont été définis pour être représentatifs de l’application et font suite à une étude bibliographique des mécanismes de vieillissement et des facteurs influençant le vieillissement. Les premiers résultats d’impédance obtenus à partir d’un couple d’électrodes conventionnel (LiNiCoAlO₂/graphite) et d’un couple émergent (LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂) sont présentés ici. Ils ont été obtenus sur des éléments prototypes ensachés de petite capacité incluant une électrode de référence.