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Lithium Redistribution Mechanism within Silicon-Graphite Electrodes: Multi-Method Approach and Method Validation

Hogrefe, Christin und Paul, Neelima und Boveleth, Lioba und Bolsinger, Marius und Flügel, Marius und Danner, Timo und Latz, Arnulf und Gilles, Ralph und Knoblauch, Volker und Wohlfahrt-Mehrens, Margret und Hölzle, Markus und Waldmann, Thomas (2024) Lithium Redistribution Mechanism within Silicon-Graphite Electrodes: Multi-Method Approach and Method Validation. Journal of The Electrochemical Society, 171 (7), 070503. Electrochemical Society, Inc.. doi: 10.1149/1945-7111/ad59c7. ISSN 0013-4651.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Kurzfassung

Li redistribution processes within Si-graphite composite (SiG) electrodes are analyzed using in situ and operando X-ray diffraction (XRD), ex situ light microscopy (LM), in situ optical microscopy of cross-sectioned full cells (CS-IOM), and 3D microstructureresolved simulations of full cells. First, the lithiation behavior of graphite and SiG full cells (Si content 20.8 wt.-%) is analyzed. The results are used as validation of the methods (XRD, LM, CS-IOM, simulation). Second, the Li redistribution between the graphite component and Si component within SiG electrodes is investigated: By operando XRD measurements during charging in comparison with relaxed cells, a higher lithiation degree in the graphite component is found during charging compared to the relaxed state, indicating Li redistribution from graphite to Si during relaxation. The Li redistribution is directly observed by in situ and ex situ optical microscopy, where the golden LiC6 phase disappears during a 24 h relaxation period. The results are supported by simulations showing the variation in the Li concentration, not only in graphite but also within the Si component. Furthermore, all methods find that the Li redistribution is more pronounced at a higher C-rate of 0.5 C, suggesting a preference for graphite lithiation over Si lithiation.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/206584/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Lithium Redistribution Mechanism within Silicon-Graphite Electrodes: Multi-Method Approach and Method Validation
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Hogrefe, ChristinZSW UlmNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Paul, NeelimaHeinz Maier-Leibnitz Zentrum, Technical University of MunichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Boveleth, LiobaLioba.Boveleth (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bolsinger, MariusAalen University of Applied Sciences, Materials Research InstituteNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Flügel, MariusZSW UlmNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Danner, TimoTimo.Danner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2336-6059NICHT SPEZIFIZIERT
Latz, ArnulfArnulf.Latz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gilles, RalphHeinz Maier-Leibnitz Zentrum, Technical University of MunichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Knoblauch, VolkerAalen University of Applied Sciences, Materials Research InstituteNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wohlfahrt-Mehrens, MargretZSW Ulmhttps://orcid.org/0000-0002-5118-5215NICHT SPEZIFIZIERT
Hölzle, MarkusZSW UlmNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Waldmann, ThomasZSW Ulmhttps://orcid.org/0000-0003-3761-1668NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:3 Juli 2024
Erschienen in:Journal of The Electrochemical Society
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:171
DOI:10.1149/1945-7111/ad59c7
Seitenbereich:070503
Verlag:Electrochemical Society, Inc.
ISSN:0013-4651
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Li-ion Batteries, Silicon-Graphite, Li Redistribution, Multi-Method Approach, Method Validation
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: Boveleth, Lioba
Hinterlegt am:16 Okt 2024 17:26
Letzte Änderung:18 Okt 2024 12:14

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