Stress-dependent capacity fade behavior and mechanism of lithium-ion batteries

淡出 锂(药物) 机制(生物学) 压力(语言学) 离子 材料科学 心理学 化学 计算机科学 物理 精神科 语言学 量子力学 操作系统 哲学 有机化学
作者
Yunfan Li,Ke Li,Weijia Shen,Jundi Huang,Xinyi Qu,Yuxiao Zhang,Yixin Lin
出处
期刊:Journal of energy storage [Elsevier BV]
卷期号:86: 111165-111165 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.est.2024.111165
摘要

Understanding the behavior and mechanism of capacity fade in lithium-ion batteries can assist in promoting their wider commercial and industrial applications. We develop an Electrochemical-Thermal-Mechanical coupled Capacity Fade model (ETMCF) for nickel-manganese-cobalt (NMC111)/graphite (C) lithium-ion batteries. The main fade behaviors include SEI formation, lithium plating/stripping, SEI re-formation, and loss of active material. ETMCF model focuses on the influence of stress on capacity fade behaviors, improves the accuracy of predicting battery capacity fade at high charge/discharge rates (C-rates) and a wide temperature domain, and confirms that the stress effect in lithium-ion battery capacity fade is essential and cannot be ignored. We systematically examine the impact of C-rate, operating temperature, and coupling effects on the capacity fade mechanism and discover markedly distinct dominant fade behaviors under various C-rates and temperatures. Moreover, we also construct a phase diagram of the capacity loss ratio and elucidate the dependency of the C-tare, temperature, and capacity loss relationship. This work provides new insights into fast charging strategy and temperature regulation in battery management systems and offers a comprehensive analytical framework for predicting and evaluating battery capacity fade.
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