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Analyzing and Improving Conductive Networks in Commercial High-Energy Ni-rich Cathodes

Lindner, Adrian und Both, Svenja und Menesklou, Wolfgang und Hein, Simon und Danner, Timo und Latz, Arnulf und Krewer, Ulrike (2024) Analyzing and Improving Conductive Networks in Commercial High-Energy Ni-rich Cathodes. Batteries & Supercaps. Wiley. doi: 10.1002/batt.202400503. ISSN 2566-6223.

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

Kurzfassung

Nickel-rich stoichiometries such as NMC811 have gained increasing relevance for lithium-ion-batteries in recent years due to their high specific capacity and reduced use of critical resources. However, low intrinsic electronic conductivity of NMC active materials makes the use of carbon-based additives necessary. Volume fraction and distribution of the carbon-binder-domain (CBD) have a significant impact on the electrode performance. This work combines high-resolution tomography and microstructure-resolved simulations to characterize the three-dimensional transport networks of a commercial NMC811 cathode. FIB-SEM tomography reveals that low CBD volume fractions with suboptimal distribution cause a non-percolating conductive network in the microstructure and thus unfavourably low electronic conductivity. Increasing the CBD content through virtual electrode design enables percolation and enhances electronic conductivity fundamentally. Simulations on both the real and virtually designed structures demonstrate how percolating CBD networks lead to a significantly improved energy density.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/207091/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Analyzing and Improving Conductive Networks in Commercial High-Energy Ni-rich Cathodes
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Lindner, Adrianadrian.lindner (at) kit.eduhttps://orcid.org/0000-0003-4903-3754NICHT SPEZIFIZIERT
Both, Svenjasvenja.both (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0000-0748-304X169832214
Menesklou, Wolfgangwolfgang.menesklou (at) kit.eduNICHT 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
Latz, Arnulfarnulf.latz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1449-8172NICHT SPEZIFIZIERT
Krewer, Ulrikeulrike.krewer (at) kit.eduhttps://orcid.org/0000-0002-5984-5935NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:September 2024
Erschienen in:Batteries & Supercaps
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1002/batt.202400503
Verlag:Wiley
ISSN:2566-6223
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Li-ion batteries, microstructure-resolved simulation, tomography, electronic conductivity
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E VS - Verbrennungssysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Materialen für die elektrochemische Energiespeicherung
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Both, Svenja
Hinterlegt am:18 Okt 2024 13:11
Letzte Änderung:19 Nov 2024 13:35

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