Waldmann, Thomas and Hogrefe, Christin and Flügel, Marius and Pivarnikova, Ivana and Weisenberger, Christian and Delz, Estefane and Bolsinger, Marius and Boveleth, Lioba and Paul, Neelima and Kasper, Michael and Feinauer, Max and Schäfer, Robin and Bischof, Katharina and Danner, Timo and Knoblauch, Volker and Müller-Buschbaum, Peter and Gilles, Ralph and Latz, Arnulf and Hölzle, Markus and Wohlfahrt-Mehrens, Margret (2024) Efficient Workflows for Detecting Li Depositions in Lithium-Ion Batteries. Journal of The Electrochemical Society, 171 (7), 070526. Electrochemical Society, Inc.. doi: 10.1149/1945-7111/ad5ef8. ISSN 0013-4651.
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Abstract
Lithium deposition on anode surfaces can lead to fast capacity degradation and decreased safety properties of Li-ion cells. To avoid the critical aging mechanism of lithium deposition, its detection is essential. We present workflows for the efficient detection of Li deposition on electrode and cell level. The workflows are based on a variety of complementary advanced physico-chemical methods which were validated against each other for both graphite and graphite/Si electrodes: Electrochemical analysis, scanning electron microscopy, glow discharge-optical emission spectroscopy and neutron depth profiling, ex situ optical microscopy, in situ optical microscopy of cross-sectioned full cells, measurements in 3-electrode full cells, as well as 3D microstructurally resolved simulations. General considerations for workflows for analysis of battery cells and materials are discussed. The efficiency can be increased by parallel or serial execution of methods, stop criteria, and design of experiments planning. An important point in case of investigation of Li depositions are rest times during which Li can re-intercalate into the anode or react with electrolyte. Three workflows are presented to solve the questions on the occurrence of lithium deposition in an aged cell, the positions of lithium deposition in a cell, and operating conditions which avoid lithium depositions in a cell.
| Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/206581/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Title: | Efficient Workflows for Detecting Li Depositions in Lithium-Ion Batteries | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Authors: |
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| Date: | 15 July 2024 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Journal or Publication Title: | Journal of The Electrochemical Society | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gold Open Access: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In ISI Web of Science: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Volume: | 171 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DOI: | 10.1149/1945-7111/ad5ef8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Page Range: | 070526 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Publisher: | Electrochemical Society, Inc. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ISSN: | 0013-4651 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Keywords: | Li-ion Batteries, Workflows, Li Deposition, Li Plating | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Research field: | Energy | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program: | Materials and Technologies for the Energy Transition | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program Themes: | Electrochemical Energy Storage | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research area: | Energy | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Program: | E SP - Energy Storage | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research theme (Project): | E - Electrochemical Storage | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Location: | Ulm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Institutes and Institutions: | Institute of Engineering Thermodynamics > Computational Electrochemistry | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited By: | Boveleth, Lioba | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited On: | 16 Oct 2024 17:25 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Last Modified: | 18 Oct 2024 12:15 |
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