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Analysis of microstructural effects in multi-layer lithium-ion battery cathodes

Westhoff, Daniel und Danner, Timo und Hein, Simon und Scurtu, Rares und Kremer, Lea und Hoffmann, Alice und Hilger, Andre und Manke, Ingo und Wohlfahrt-Mehrens, Margret und Latz, Arnulf und Schmidt, Volker (2019) Analysis of microstructural effects in multi-layer lithium-ion battery cathodes. Materials Characterization (151), Seiten 166-174. Elsevier. doi: 10.1016/j.matchar.2019.02.031. ISSN 1044-5803.

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Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1044580318319089?via%3Dihub

Kurzfassung

A possible way to increase the energy density in lithium-ion batteries, and, at the same time, reduce the production costs, is to use thicker electrodes. However, transport limitations can occur in thick electrodes, leading to a drawback in performance. A way to mitigate this problem is a more sophisticated microstructure of the electrode, using, e.g., structural gradients. This can, for instance, be achieved by multi-layer casting, i.e., casting and drying of a first layer, and then adding a second layer. An important question is how the interface between the two layers is shaped and how the corresponding microstructure influences the electrochemical performance. In the present paper, two different two-layer cathodes are analyzed and compared to single-layer cathodes of the same thickness. The analysis involved tomographic imaging, a statistical analysis of the 3D microstructure of the active material particle systems with a focus on the interface between the layers, and electrochemical characterization of the active material systems using experimental measurements as well as electrochemical simulations. The analysis showed that at the interface the connectivity of active material particles decreases, which results in higher electric resistivity. This effect is stronger if an intermediate calendering step is performed, i.e., the first layer is calendered before casting the second layer.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/132129/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Analysis of microstructural effects in multi-layer lithium-ion battery cathodes
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Westhoff, DanielUniversity of UlmNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Danner, TimoTimo.Danner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2336-6059NICHT SPEZIFIZIERT
Hein, SimonSimon.Hein (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6728-9983NICHT SPEZIFIZIERT
Scurtu, RaresZSW UlmNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kremer, LeaZSW UlmNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hoffmann, AliceZSW UlmNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hilger, AndreHZ BerlinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Manke, IngoHZ BerlinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wohlfahrt-Mehrens, MargretZSWNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Latz, Arnulfarnulf.latz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1449-8172NICHT SPEZIFIZIERT
Schmidt, VolkerUniversity of UlmNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:5 März 2019
Erschienen in:Materials Characterization
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.matchar.2019.02.031
Seitenbereich:Seiten 166-174
Verlag:Elsevier
ISSN:1044-5803
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Lithium-ion batteries; Multi-layer electrodes; Microstructure; Tomography; Image analysis
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HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicher
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DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse (Batterien) (alt)
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Danner, Timo
Hinterlegt am:19 Dez 2019 15:41
Letzte Änderung:01 Jan 2023 03:00

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