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Influence of conductive additive and binder domain distribution and its structural properties on macroscopic impedances

Prasad, Mrudula und Hein, Simon und Danner, Timo und Neumann, Matthias und Prifling, Benedikt und Scurtu, Rares und Hoffmann, Alice und Hilger, Andre und Osenberg, Markus und Manke, Ingo und Wohlfahrt-Mehrens, Marget und Schmidt, Volker und Latz, Arnulf (2023) Influence of conductive additive and binder domain distribution and its structural properties on macroscopic impedances. Oxford Battery Modelling Symposium 2023, 2023-03-27 - 2023-03-28, Oxford, England.

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Kurzfassung

The conductive additive and binder domain (CBD) is an essential component of Lithium-ion battery electrodes. It enhances the electrical connectivity and mechanical stability within an electrode matrix. Migration of the binder during electrode drying leads to an inhomogeneous distribution of the CBD, impeding transport of lithium ions in the electrolyte, and diminishing the electronic pathways between solid particles[1]. The effect of this migration on the electrochemical performance of NMC622 electrodes is quantitatively investigated via microstructure-resolved 3D simulations and compared with experimental results. The virtual electrode microstructures are based on tomographic data. The valuable information derived from combining microstructure-resolved models[2] with electrochemical impedance spectroscopy (EIS) simulations on symmetric cells is used to characterize the lithium ion transport in the electrode pore space, including the contributions of the CBD. Additionally, half-cell discharge simulations are conducted to quantify the effect on performance. In the above simulations, the CBD is treated as a homogenized phase with effective transport parameters, not resolving its internal nano-structure. A key aspect for predictively determining the physical and chemical processes occurring are the intrinsic properties of the CBD. To develop a more predictive model, we need to characterize and understand the properties of the CBD on the nano-scale. In the present contribution, high-resolution 3D FIB-SEM data is used to obtain further geometric information on the porous networks within the CBD, shedding light on its effective ionic conductivity. This information is then fed back to the model, allowing us to account for the tortuosity on the nano-scale in the CBD domain.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/201131/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Poster)
Titel:Influence of conductive additive and binder domain distribution and its structural properties on macroscopic impedances
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Prasad, MrudulaMrudula.Prasad (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hein, SimonSimon.Hein (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6728-9983NICHT SPEZIFIZIERT
Danner, TimoTimo.Danner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2336-6059NICHT SPEZIFIZIERT
Neumann, MatthiasUniversity of UlmNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Prifling, BenediktUniversity of Ulmhttps://orcid.org/0000-0002-2952-0208NICHT SPEZIFIZIERT
Scurtu, RaresZSW UlmNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hoffmann, AliceZSW UlmNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hilger, AndreHZ BerlinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Osenberg, MarkusHZ BerlinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Manke, IngoHZ BerlinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wohlfahrt-Mehrens, MargetZSW Ulmhttps://orcid.org/0000-0002-5118-5215NICHT SPEZIFIZIERT
Schmidt, VolkerUniversity of UlmNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Latz, Arnulfarnulf.latz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:März 2023
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:carbob-binder domain, 3D simulations, microstructure-resolved, nanoporosity, impedance
Veranstaltungstitel:Oxford Battery Modelling Symposium 2023
Veranstaltungsort:Oxford, England
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:27 März 2023
Veranstaltungsende:28 März 2023
Veranstalter :Pembroke College, Oxford
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: Prasad, Mrudula
Hinterlegt am:18 Dez 2023 17:58
Letzte Änderung:24 Apr 2024 21:01

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