Post mortem analysis of fatigue mechanisms in LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 – LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 – LiMn2O4/graphite lithium ion batteries

容量损失 电解质 自行车 阳极 阴极 材料科学 锂(药物) 石墨 电化学 化学工程 离子 分解 电极 复合材料 化学 冶金 医学 有机化学 工程类 考古 物理化学 历史 内分泌学
作者
Michael Lang,Mariyam Susana Dewi Darma,Karin Kleiner,Lars Riekehr,Liuda Mereacre,Marta Àvila,Verena Liebau,Helmut Ehrenberg
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:326: 397-409 被引量:70
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2016.07.010
摘要

The fatigue of commercial lithium ion batteries after long-term cycling at two different temperatures and cycling rates is investigated. The cells are opened after cycling and post-mortem analysis are conducted. Two main contributions to the capacity loss of the batteries are revealed. The loss of active lithium leads to a relative shift between anodes and cathodes potentials. A growth of the solid electrolyte interface (SEI) on the anode is determined as well as the formation of lithium fluoride species as an electrolyte decomposition product. Those effects are reinforced by increasing cycling rates from 1C/2C (charge/discharge) to 2C/3C as well as by increasing cycling temperatures from 25 °C to 40 °C. The other contribution to the capacity loss originates from a fatigue of the blended cathodes consisting of LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 (NCM), LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 (NCA) and LiMn2O4 (LMO). Phase-specific capacity losses and fatigue mechanisms are identified. The layered oxides tend to form microcracks and reveal changes of the surface structure leading to a worsening of the lithium kinetics. The cathode exhibits a loss of manganese at 40 °C cycling temperature. Cycling at 40 °C instead of 25 °C has the major impact on cathodes capacity loss, while cycling at 2C/3C rates barely influences it.
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