Hogrefe, Christin and Paul, Neelima and Boveleth, Lioba and Bolsinger, Marius and Flügel, Marius and Danner, Timo and Latz, Arnulf and Gilles, Ralph and Knoblauch, Volker and Wohlfahrt-Mehrens, Margret and Hölzle, Markus and 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.
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Abstract
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.
| Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/206584/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Title: | Lithium Redistribution Mechanism within Silicon-Graphite Electrodes: Multi-Method Approach and Method Validation | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Authors: |
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| Date: | 3 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/ad59c7 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Page Range: | 070503 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Publisher: | Electrochemical Society, Inc. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ISSN: | 0013-4651 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Keywords: | Li-ion Batteries, Silicon-Graphite, Li Redistribution, Multi-Method Approach, Method Validation | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 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 17:26 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Last Modified: | 18 Oct 2024 12:14 |
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