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Material parameters affecting Li plating in Si/graphite composite electrodes

Boveleth, Lioba und Lindner, Adrian und Menesklou, Wolfgang und Danner, Timo und Latz, Arnulf (2024) Material parameters affecting Li plating in Si/graphite composite electrodes. Electrochimica Acta, 506, Seite 145010. Elsevier. doi: 10.1016/j.electacta.2024.145010. ISSN 0013-4686.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
3MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468624012477

Kurzfassung

Silicon is a frequently used active material in the negative electrode of lithium-ion batteries which provides significant improvements in the energy density. Due to large volume changes during cycling, it is typically mixed with graphite. Understanding the interactions of composite materials during battery operation is key to optimizing battery performance and predicting aging phenomena. Even though lithium plating is a critical degradation process, which influences both lifetime and safety, a systematic analysis of electrochemical material parameters affecting plating in composite electrodes is missing. Therefore, a parameter study is performed using 3D microstructure-resolved simulations. We investigate the influence of critical material parameters such as open-circuit potential, electronic conductivity, chemical diffusion coefficient, and exchange current density in simple and interpretable model geometries. The simulations reveal the importance of chemical diffusion and exchange current density, as well as their ratio, in predicting plating. Finally, we apply the set of material parameters to a complex electrode geometry reconstructed from FIB/SEM tomography data of commercial anode material. The analysis shows that preferential plating on the electrode surface dominates all other factors.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/206586/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Material parameters affecting Li plating in Si/graphite composite electrodes
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Boveleth, LiobaLioba.Boveleth (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lindner, Adrianadrian.lindner (at) kit.eduhttps://orcid.org/0000-0003-4903-3754NICHT SPEZIFIZIERT
Menesklou, Wolfgangwolfgang.menesklou (at) kit.eduNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Danner, TimoTimo.Danner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2336-6059NICHT SPEZIFIZIERT
Latz, ArnulfArnulf.Latz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:3 September 2024
Erschienen in:Electrochimica Acta
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:506
DOI:10.1016/j.electacta.2024.145010
Seitenbereich:Seite 145010
Verlag:Elsevier
ISSN:0013-4686
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Commercial lithium-ion battery; Silicon-graphite composite; 3D microstructure-resolved simulation; Lithium plating; Competitive lithiation
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HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
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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 17:27
Letzte Änderung:18 Okt 2024 12:12

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