Electrolyte Motion Induced Salt Inhomogeneity – A Novel Aging Mechanism in Large-Format Lithium-Ion Cells

电解质 锂(药物) 离子 材料科学 化学 电极 医学 物理化学 内分泌学 有机化学
作者
Sophie Solchenbach,Camilla Tacconis,Aurora Gomez Martin,Vanessa N. Peters,Lea Wallisch,Anna Stanke,Johanna Hofer,Diemo Renz,Burkhard Lewerich,Georg Bauer,Matthias W. Wichmann,Daniel Goldbach,Alexander Adam,Markus Spielbauer,Peter Lamp,Johannes Wandt
标识
DOI:10.26434/chemrxiv-2024-xdx2q
摘要

The electrification of the transport sector places ever-increasing demands on the energy density, fast-charging performance, and lifetime of lithium-ion cells. In this study, we investigate fast-charging of high energy density (~ 800 Wh/L) prototype cylindrical 4695 lithium-ion cells with two different (“low” and “high”) electrolyte amounts. Using pore volume calculations, computer tomography and moment of inertia measurements, we find that the volume change of the active material causes electrolyte motion into and out of the jelly roll upon cycling in the high electrolyte cells, while no electrolyte motion occurs in the low electrolyte cells. At the same time, the high electrolyte cells show a significantly worse capacity retention during fast charge cycling compared to the low electrolyte cells (24% vs. 5% capacity loss after 130 cycles). We demonstrate that a coupling of in-plane electrolyte motion with the through-plane LiPF6 concentration gradient rapidly causes a strong LiPF6 concentration gradient along the jelly roll height (= in-plane) on a cm-scale: After only 18 cycles, LiPF6 concentrations at the jelly roll edges and center (as determined by ion-chromatography) deviate by more than ± 50% in comparison to the initial average value. We term this hitherto unknown effect “electrolyte motion induced salt inhomogeneity” (EMSI). This long-scale salt concentration gradient causes a loss of cell capacity, an increase in resistance, and eventually highly localized lithium plating. Finally, we discuss the far-reaching implications of the EMSI effect on cell design and testing, not only for cylindrical cells but any large-format lithium-ion cell under high compression.
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
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

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
波粒海苔发布了新的文献求助10
刚刚
慕青应助xxxxx炒菜采纳,获得10
2秒前
2秒前
2秒前
saudade完成签到,获得积分10
3秒前
4秒前
henry发布了新的文献求助50
5秒前
瀚子完成签到,获得积分10
5秒前
7秒前
星辰大海应助爱德华兹俊采纳,获得10
7秒前
一一应助大大小小采纳,获得10
8秒前
一一应助大大小小采纳,获得10
8秒前
杨芷艳发布了新的文献求助10
8秒前
上官若男应助dfg采纳,获得30
9秒前
脑洞疼应助Ruiiiiii采纳,获得10
9秒前
10秒前
sygclever完成签到,获得积分20
10秒前
10秒前
11秒前
12秒前
忧郁的香魔完成签到,获得积分10
12秒前
小赞芽发布了新的文献求助10
13秒前
wwb完成签到,获得积分10
14秒前
14秒前
15秒前
yangxin614发布了新的文献求助10
15秒前
认真的瑛关注了科研通微信公众号
16秒前
单薄初蝶完成签到,获得积分10
16秒前
cyrong应助dong采纳,获得10
17秒前
薰硝壤应助小鱼采纳,获得50
17秒前
17秒前
科研通AI2S应助LOWRY采纳,获得10
19秒前
akakns完成签到 ,获得积分10
19秒前
赵哈哈完成签到,获得积分10
21秒前
不配.应助周浩宇采纳,获得10
22秒前
好事连连发布了新的文献求助10
22秒前
Brian完成签到,获得积分10
22秒前
有梦想的咸鱼完成签到,获得积分10
23秒前
23秒前
23秒前
高分求助中
Sustainability in Tides Chemistry 2800
The Young builders of New china : the visit of the delegation of the WFDY to the Chinese People's Republic 1000
Rechtsphilosophie 1000
Bayesian Models of Cognition:Reverse Engineering the Mind 888
Le dégorgement réflexe des Acridiens 800
Defense against predation 800
Very-high-order BVD Schemes Using β-variable THINC Method 568
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 催化作用 物理化学 免疫学 量子力学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3135127
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2786103
关于积分的说明 7775305
捐赠科研通 2441924
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1298299
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 625112
版权声明 600839