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Chemo-Mechanical Model of SEI Growth on Silicon Electrode Particles**

von Kolzenberg, Lars und Latz, Arnulf und Horstmann, Birger (2021) Chemo-Mechanical Model of SEI Growth on Silicon Electrode Particles**. Batteries & Supercaps, n/a (n/a). Wiley. doi: 10.1002/batt.202100216. ISSN 2566-6223.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
13MB

Offizielle URL: https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/batt.202100216

Kurzfassung

Abstract Silicon anodes promise high energy densities of next-generation lithium-ion batteries, but suffer from shorter cycle life. The accelerated capacity fade stems from the repeated fracture and healing of the solid-electrolyte interphase (SEI) on the silicon surface. This interplay of chemical and mechanical effects in SEI on silicon electrodes causes a complex aging behavior. However, so far, no model mechanistically captures the interrelation between mechanical SEI deterioration and accelerated SEI growth. In this article, we present a thermodynamically consistent continuum model of an electrode particle surrounded by an SEI layer. The silicon particle model consistently couples chemical reactions, physical transport, and elastic deformation. The SEI model comprises elastic and plastic deformation, fracture, and growth. Capacity fade measurements on graphite anodes and in-situ mechanical SEI measurements on lithium thin films provide parametrization for our model. For the first time, we model the influence of cycling rate on the long-term mechanical SEI deterioration and regrowth. Our model predicts the experimentally observed transition in time dependence from square-root-of-time growth during battery storage to linear-in-time growth during continued cycling. Thereby our model unravels the mechanistic dependence of battery aging on operating conditions and supports the efforts to prolong the battery life of next-generation lithium-ion batteries.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/147458/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Chemo-Mechanical Model of SEI Growth on Silicon Electrode Particles**
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
von Kolzenberg, LarsLars.Kolzenberg (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Latz, ArnulfArnulf.Latz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Horstmann, Birgerbirger.horstmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1500-0578148018274
Datum:4 November 2021
Erschienen in:Batteries & Supercaps
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:n/a
DOI:10.1002/batt.202100216
Verlag:Wiley
ISSN:2566-6223
Status:veröffentlicht
Stichwörter:continuum modeling, lithium-ion batteries, mechanical properties, solid-electrolyte interphase (SEI), thermodynamics
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Speicher
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Horstmann, Birger
Hinterlegt am:23 Dez 2021 21:04
Letzte Änderung:04 Dez 2023 12:32

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