Capacity and Coulombic Efficiency Measurements Underestimate the Rate of SEI Growth in Silicon Anodes

法拉第效率 阳极 电解质 石墨 阴极 容量损失 相间 电极 化学 材料科学 增长率 化学工程 光电子学 复合材料 遗传学 生物 数学 工程类 物理化学 几何学
作者
Marco‐Tulio F. Rodrigues
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [The Electrochemical Society]
卷期号:169 (8): 080524-080524 被引量:2
标识
DOI:10.1149/1945-7111/ac8a21
摘要

Capacity measurements and related quantities are the first layer of information acquired during testing of Li-ion cells. It is generally considered that elevated values of coulombic efficiency and capacity retention are absolute indicators of the existence of a stable solid electrolyte interphase (SEI). Here, we challenge this notion by analyzing how the effect of side reactions on cell capacity depends on the choice of electrodes. More specifically, we demonstrate that the extent of measurable capacity fade due to SEI growth is modulated by the shape of the voltage profile of the cathode and anode at the end of charge and discharge half-cycles. This shape-dependency creates a mismatch between SEI growth and cell capacity loss, which is relatively small for graphite anodes but sizable for silicon-containing electrodes. We illustrate this point by showing that, at the same coulombic efficiency and capacity retention, cells containing silicon-based materials could actually exhibit rates of SEI growth that are as much as ≥ 40% higher than graphite cells. The main implication of this behavior is that, for certain systems, capacity measurements may be an unreliable source of information about the extent of reactions at the SEI, allowing other consequences of these side reactions (such as electrolyte depletion) to proceed unchecked while the cell appears to be stable.
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