Coupled electrochemical-thermal-mechanical stress modelling in composite silicon/graphite lithium-ion battery electrodes

材料科学 石墨 电池(电) 压力(语言学) 电极 锂离子电池 复合材料 锂(药物) 复合数 光电子学 化学 热力学 物理 内分泌学 哲学 物理化学 功率(物理) 医学 语言学
作者
Mayur P. Bonkile,Yang Jiang,Niall Kirkaldy,Valentin Sulzer,Robert Timms,Huizhi Wang,Gregory J. Offer,Billy Wu
出处
期刊:Journal of energy storage [Elsevier BV]
卷期号:73: 108609-108609 被引量:38
标识
DOI:10.1016/j.est.2023.108609
摘要

Silicon is often added to graphite battery electrodes to enhance the electrode-specific capacity, but it undergoes significant volume changes during (de)lithiation, which results in mechanical stress, fracture, and performance degradation. To develop long-lasting and energy-dense batteries, it is critical to understand the non-linear stress behaviour in composite silicon-graphite electrodes. In this study, we developed a coupled electrochemical-thermal-mechanical model of a composite silicon/graphite electrode in PyBaMM (an open-source physics-based modelling platform). The model is experimentally validated against a commercially available LGM50T battery, and the effects of C-rates, depth-of-discharge (DoD), and temperature are investigated. The developed model can reproduce the voltage hysteresis from the silicon and provide insights into the stress response and crack growth/propagation in the two different phases. The stress in the silicon is relatively low at low DoD but rapidly increases at a DoD >∼80%, whereas the stress in the graphite increases with decreasing temperature and DoD. At higher C-rates, peak stress in the graphite increases as expected, however, this decreases for silicon due to voltage cut-offs being hit earlier, leading to lower active material utilisation since silicon is mostly active at high DoD. Therefore, this work provides an improved understanding of stress evolution in composite silicon/graphite lithium-ion batteries.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
强健的惠完成签到 ,获得积分10
刚刚
舒适傲白完成签到,获得积分10
4秒前
活力雁枫完成签到,获得积分0
8秒前
超越俗尘完成签到,获得积分10
9秒前
小鱼完成签到 ,获得积分10
12秒前
April完成签到 ,获得积分10
18秒前
简爱完成签到 ,获得积分10
22秒前
西柚柠檬完成签到 ,获得积分10
24秒前
Nexus完成签到,获得积分0
25秒前
积极的白羊完成签到 ,获得积分10
29秒前
中恐完成签到,获得积分10
29秒前
xczhu完成签到,获得积分0
30秒前
Ferdinand_Foch完成签到,获得积分10
32秒前
美罗培南完成签到 ,获得积分0
33秒前
weijie完成签到,获得积分10
34秒前
丫丫完成签到,获得积分10
46秒前
流星雨完成签到 ,获得积分10
50秒前
i2stay完成签到,获得积分0
51秒前
RandyChen完成签到,获得积分10
59秒前
Pluto发布了新的文献求助10
1分钟前
清爽的莆完成签到 ,获得积分10
1分钟前
洁净的幼珊完成签到,获得积分10
1分钟前
以利沙完成签到 ,获得积分10
1分钟前
科研通AI2S应助予秋采纳,获得10
1分钟前
125mmD91T完成签到,获得积分10
1分钟前
cyj完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
mumian完成签到 ,获得积分10
1分钟前
韩恩轩完成签到,获得积分10
1分钟前
Dawn_666发布了新的文献求助10
1分钟前
会写日记的乌龟先生完成签到,获得积分10
1分钟前
阿弥陀佛完成签到 ,获得积分10
1分钟前
Jackcaosky完成签到 ,获得积分10
1分钟前
方琼燕完成签到 ,获得积分10
1分钟前
Dawn_666完成签到,获得积分10
2分钟前
科研菜鸟望毕业完成签到 ,获得积分10
2分钟前
2分钟前
Augenstern完成签到,获得积分10
2分钟前
释怀发布了新的文献求助10
2分钟前
dagger完成签到,获得积分10
2分钟前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
PowerCascade: A Synthetic Dataset for Cascading Failure Analysis in Power Systems 2000
Picture this! Including first nations fiction picture books in school library collections 1000
Signals, Systems, and Signal Processing 610
Unlocking Chemical Thinking: Reimagining Chemistry Teaching and Learning 555
Photodetectors: From Ultraviolet to Infrared 500
Cancer Targets: Novel Therapies and Emerging Research Directions (Part 1) 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6358938
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8172953
关于积分的说明 17211612
捐赠科研通 5413926
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2865319
邀请新用户注册赠送积分活动 1842737
关于科研通互助平台的介绍 1690806