Unravelling the safety improving and failure mechanisms of a 56.5 Ah high-energy–density Li-ion cell containing solid-state electrolyte

电解质 能量密度 离子 化学工程 材料科学 固态 能量(信号处理) 国家(计算机科学) 化学 工程物理 计算机科学 工程类 物理 物理化学 有机化学 电极 量子力学 算法
作者
Wei Zhang,Xiaopeng Qi,Min Liu,Bingxue Liu,Yuansen Hu,Jing Ye,Rennian Wang,Bin Li,Changhong Wang,Qian Huang,Bing Yu,Rong Yang,Bin Gou,Jiantao Wang,Ran Xu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:487: 150458-150458 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.150458
摘要

Safety issues of high-energy–density (HED) Li-ion cells have raised wide concerns and are impeding their application in electric vehicles (EVs). Developing the so-called quasi-solid or semi-solid Li-ion cells with solid-state electrolytes (SSEs) is a promising strategy but generally compromises the cell's electric performance. Moreover, the safety improving and failure mechanisms remain not fully understood. This study demonstrates a large-format (56.5 Ah) HED (260 Wh kg−1) Li-ion cell with significantly improved safety and good electric performances, which is realized by partial substitution of the liquid electrolyte with lithium aluminium titanium phosphate (LATP) SSE and rational cell material matching. The cell can pass various penetration tests with minimal temperature rises (≤20 °C), showing extraordinarily high tolerances for mechanical abuses, and exhibited a retarded thermal runaway (TR) evolution process during the accelerating rate calorimetry (ARC) test, providing valuable time for deploying predicting, alarming, and preventing tactics for the battery management systems (BMSs). X-ray computed tomography and a large depth-of-field digital microscope were used to uncover the detailed failure behaviors of cell materials, which were correlated to the variation of detectable external cell signals (impedance, voltage, and temperature) that could serve as the basis for upgrading the BMS. We expect that the insights achieved could guide the rational design and management of safe HED Li-ion cells.
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