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Aging and Post-Mortem Study of LNMO-Based Lithium Ion Battery Pouch Cells

Schmitt, Christina und Maximillian, Davin und Sotta, Dane und Martin, Agathe und Debruyne, Cédric und Reynier, Yvan und Buga, Mihaela und Ungureanu, Cosmin und Kopljar, Dennis und Friedrich, Andreas K. (2023) Aging and Post-Mortem Study of LNMO-Based Lithium Ion Battery Pouch Cells. 244th Meeting of the Electrochemical Society, 2023-10-08 - 2023-10-12, Göteborg, Schweden.

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3MB

Kurzfassung

Lithium ion batteries are nowadays widely employed in a variety of applications from consumer electronics to electric vehicles. Due to the rising demand for batteries, more affordable and sustainable batteries are needed that exhibit at the same time high energy densities, high power capabilities, long cycle life, and increased safety. One concept to meet these requirements is to develop cobalt-free cathode materials of which the high-voltage spinel LNMO (LiNi0.5Mn1.5O4) is a promising material due to its high energy density and high operating voltage of 4.7 V. However, the high operating voltage has also its drawbacks. Commonly used carbonate-based electrolytes oxidize at high voltages, leading to the continuous formation of a cathode-electrolyte interface (CEI). Additionally, LNMO is prone to transition metal dissolution which not only leads to a reduced stability of the cathode active material but due to migration and deposition of the transition metals on the anode surface also to an altered solid electrolyte interface (SEI) formation and significant impedance rise of the anode.1 Both ageing mechanisms provoke increased lithium loss and high resistances and thus a poor cycling performance.2, 3 In the Horizon 2020 LC-BAT5 project HYDRA, LNMO-based prototype pouch cells are developed and built. Herein, we want to present the results from the comprehensive analysis of their performance and cycling behavior. The influence of upper cut-off voltage, charge and discharge current rate as well as temperature on the degradation are thoroughly investigated by electrochemical methods such as differential voltage analysis and impedance spectroscopy. After cycling, selected cells are opened under argon atmosphere followed by electrochemical characterization as well as physical analysis such as SEM-EDX and XPS in order to get further insights into the underlying ageing mechanisms. We thereby reveal the main degradation mechanisms as a function of the cycling conditions and derive solutions on how to increase the cycle life. 1. C. Zhan, T. Wu, J. Lu and K. Amine, Energy Environ. Sci., 11 (2), 243-257 (2018). 2. J. Ma, P. Hu, G. Cui and L. Chen, Chem. Mater., 28 (11), 3578-3606 (2016). 3. W. Li, Y.-G. Cho, W. Yao, Y. Li, A. Cronk, R. Shimizu, M. A. Schroeder, Y. Fu, F. Zou, V. Battaglia, A. Manthiram, M. Zhang and Y. S. Meng, J. Power Sources, 473, (2020).

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/198363/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Aging and Post-Mortem Study of LNMO-Based Lithium Ion Battery Pouch Cells
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Schmitt, ChristinaChristina.Schmitt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4095-7611NICHT SPEZIFIZIERT
Maximillian, DavinDavin.Maximillian (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sotta, DaneDane.SOTTA (at) cea.frNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Martin, Agatheagathe.martin (at) cea.frNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Debruyne, Cédriccedric.debruyne (at) cea.frNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Reynier, Yvanyvan.reynier (at) cea.frNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Buga, Mihaelamihaela.buga (at) icsi.roNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ungureanu, Cosmincomsin.ungureanu (at) icsi.roNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kopljar, DennisDennis.Kopljar (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2228-2016NICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, Andreas K.andreas.friedrich (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2968-5029NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:8 Oktober 2023
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Lithium Ion Battery, LNMO
Veranstaltungstitel:244th Meeting of the Electrochemical Society
Veranstaltungsort:Göteborg, Schweden
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:8 Oktober 2023
Veranstaltungsende:12 Oktober 2023
Veranstalter :The Electrochemical Society
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E VS - Verbrennungssysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Materialen für die elektrochemische Energiespeicherung
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Schmitt, Christina
Hinterlegt am:27 Okt 2023 14:49
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:58

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