Effects of size and concentration on diffusion-induced stress in lithium-ion batteries

材料科学 锂(药物) 扩散 电极 离子 压力(语言学) 插层(化学) 复合材料 化学 热力学 无机化学 物理化学 医学 语言学 物理 哲学 有机化学 内分泌学
作者
Zengsheng Ma,Xiang Gao,Yan Wang,Chunsheng Lu
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:120 (2) 被引量:24
标识
DOI:10.1063/1.4958302
摘要

Capacity fade of lithium-ion batteries induced by chemo-mechanical degradation during charge-discharge cycles is the bottleneck in design of high-performance batteries, especially high-capacity electrode materials. Stress generated due to diffusion-mechanical coupling in lithium-ion intercalation and deintercalation is accompanied by swelling, shrinking, and even micro-cracking. In this paper, we propose a theoretical model for a cylindrical nanowire electrode by combining the bond-order-length-strength and diffusion theories. It is shown that size and concentration have a significant influence on the stress fields in radial, hoop, and axial directions. This can explain why a smaller electrode with a huge volume change survives in the lithiation/delithiation process.

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